JP2008038118A - 感光性組成物用樹脂の製造方法、この製造方法により製造されたレジスト用樹脂、該レジスト用樹脂を含有するレジスト組成物及び該レジスト組成物を用いたパターンの形成方法 - Google Patents
感光性組成物用樹脂の製造方法、この製造方法により製造されたレジスト用樹脂、該レジスト用樹脂を含有するレジスト組成物及び該レジスト組成物を用いたパターンの形成方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高分子量成分が除去された感光性組成物用樹脂を簡便な方法により製造する方法、この方法によって製造されたレジスト用樹脂、この方法によって製造されたレジスト用樹脂を用いることにより現像欠陥、パターン倒れが改良されたレジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供する
【解決手段】樹脂が溶剤に溶解している樹脂溶液に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤を接触させることにより、該樹脂の高分子量成分を析出させ、この高分子量成分を除去して、高分子量成分の除かれた樹脂溶液を得る工程を含む感光性組成物用樹脂の製造方法、この方法によって製造されたレジスト用樹脂、この方法によって製造されたレジスト用樹脂を用いることにより現像欠陥、パターン倒れが改良されたレジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法。
【選択図】なし
【解決手段】樹脂が溶剤に溶解している樹脂溶液に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤を接触させることにより、該樹脂の高分子量成分を析出させ、この高分子量成分を除去して、高分子量成分の除かれた樹脂溶液を得る工程を含む感光性組成物用樹脂の製造方法、この方法によって製造されたレジスト用樹脂、この方法によって製造されたレジスト用樹脂を用いることにより現像欠陥、パターン倒れが改良されたレジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、IC等の半導体製造工程、液晶、サーマルヘッド等の回路基板の製造、さらにその他のフォトファブリケーション工程に使用される感光性組成物に好適に使用することができる感光性組成物用樹脂の製造方法、この製造方法により製造されたレジスト用樹脂、該レジスト用樹脂を含有するレジスト組成物及び該レジスト組成物を用いたパターンの形成方法に関するものである。さらに詳しくは250nm以下、好ましくは220nm以下の遠紫外線などの露光光源、および電子線などによる照射源とする場合に好適な感光性組成物用樹脂の製造方法、この製造方法により製造されたレジスト用樹脂、該レジスト用樹脂を含有するレジスト組成物及び該レジスト組成物を用いたパターンの形成方法に関するものである。
化学増幅系レジスト組成物は、遠紫外光等の放射線の照射により露光部に酸を生成させ、この酸を触媒とする反応によって、活性放射線の照射部と非照射部の現像液に対する溶解性を変化させ、パターンを基板上に形成させるパターン形成材料である。
KrFエキシマレーザーを露光光源とする場合には、主として248nm領域での吸収の小さい、ポリ(ヒドロキシスチレン)を基本骨格とする樹脂を主成分に使用するため、高感度、高解像度で、且つ良好なパターンを形成し、従来のナフトキノンジアジド/ノボラック樹脂系に比べて良好な系となっている。
一方、更なる短波長の光源、例えばArFエキシマレーザー(193nm)を露光光源として使用する場合は、芳香族基を有する化合物が本質的に193nm領域に大きな吸収を示すため、脂環炭化水素構造を有する樹脂を含有するArFエキシマレーザー用レジストが開発されてきている。
前記レジスト組成物においては通常、露光部に発生した酸に感応しアルカリ溶解性が変化する樹脂が含有されている。例えばポジ型化学増幅レジスト組成物においては酸の作用により分解し、アルカリ可溶性が増大する樹脂、ネガ型レジスト組成物においては酸架橋剤と反応しアルカリ溶解性が減少する樹脂が含有される。
これらレジスト組成物に用いられる樹脂は、種々の重合法により製造することが可能であるが、アゾ系化合物などを重合開始剤として用いるラジカル重合法がコストや反応制御の容易さから有利である。一般的なラジカル重合により得られる樹脂は広い分子量分布を持ち、未反応の残存モノマーやオリゴマー成分から非常に分子量の高い成分まで含まれている。従来の製造法においては、特開2004−231834号公報(特許文献1)に示されているように、重合によって得られた樹脂溶液を該樹脂を溶解する能力の低い溶剤中に注ぐいわゆる再沈殿工程により樹脂を析出させ、析出させた樹脂を回収して未反応の残存モノマーやオリゴマー成分を除去する方法が用いられてきた。
しかしながら、樹脂に含まれる高分子量成分は溶剤溶解性、あるいは現像液溶解性が非常に悪く、現像欠陥、パターン倒れの観点からも高分子量成分を効率よく除去することが望まれている。高分子成分の生成を抑制する方法として、特開2002−3533号公報(特許文献2)、特開2004−220009号公報(特許文献3)に示されているように、リビング重合が知られているが、反応に用いられる基質に制限があったり、反応後の後処理が煩雑であったり、得られた樹脂においても吸収が大きいあるいは安定性に問題があった。
前記レジスト組成物においては通常、露光部に発生した酸に感応しアルカリ溶解性が変化する樹脂が含有されている。例えばポジ型化学増幅レジスト組成物においては酸の作用により分解し、アルカリ可溶性が増大する樹脂、ネガ型レジスト組成物においては酸架橋剤と反応しアルカリ溶解性が減少する樹脂が含有される。
これらレジスト組成物に用いられる樹脂は、種々の重合法により製造することが可能であるが、アゾ系化合物などを重合開始剤として用いるラジカル重合法がコストや反応制御の容易さから有利である。一般的なラジカル重合により得られる樹脂は広い分子量分布を持ち、未反応の残存モノマーやオリゴマー成分から非常に分子量の高い成分まで含まれている。従来の製造法においては、特開2004−231834号公報(特許文献1)に示されているように、重合によって得られた樹脂溶液を該樹脂を溶解する能力の低い溶剤中に注ぐいわゆる再沈殿工程により樹脂を析出させ、析出させた樹脂を回収して未反応の残存モノマーやオリゴマー成分を除去する方法が用いられてきた。
しかしながら、樹脂に含まれる高分子量成分は溶剤溶解性、あるいは現像液溶解性が非常に悪く、現像欠陥、パターン倒れの観点からも高分子量成分を効率よく除去することが望まれている。高分子成分の生成を抑制する方法として、特開2002−3533号公報(特許文献2)、特開2004−220009号公報(特許文献3)に示されているように、リビング重合が知られているが、反応に用いられる基質に制限があったり、反応後の後処理が煩雑であったり、得られた樹脂においても吸収が大きいあるいは安定性に問題があった。
本発明の目的は、高分子量成分が除去された感光性組成物用樹脂を簡便な方法により製造する方法、この方法によって製造されたレジスト用樹脂、この方法によって製造されたレジスト用樹脂を用いることにより現像欠陥、パターン倒れが改良されたレジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することにある。
本発明は、次の通りである。
(1) 樹脂(p1)が溶剤(s1)に溶解している樹脂溶液(ps1)に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤(s2)を接触させることにより、該樹脂の高分子量成分を析出させ、この高分子量成分を除去して、高分子量成分の除かれた樹脂溶液(ps2)を得る工程(X)を含むことを特徴とする感光性組成物用樹脂の製造方法。
(2) (1)に記載の製造方法により得られたことを特徴とするレジスト用樹脂。
(3) (2)に記載のレジスト用樹脂を含有することを特徴とするレジスト組成物。
(4) (A1)酸分解性樹脂及び(B)酸発生剤を含有するポジ型レジスト組成物であって、
(A1)成分が、(1)に記載の製造方法により得られた樹脂であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
(A1)成分が、(1)に記載の製造方法により得られた樹脂であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
(5) (A2)アルカリ可溶性樹脂、(B)酸発生剤及び(C)酸架橋剤を含有するネガ型レジスト組成物であって、
(A2)成分が、(1)に記載の製造方法により得られた樹脂であることを特徴とするネガ型レジスト組成物。
(A2)成分が、(1)に記載の製造方法により得られた樹脂であることを特徴とするネガ型レジスト組成物。
(6) (3)〜(5)のいずれかに記載のレジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
以下、更に、本発明の好ましい実施の態様を挙げる。
(7) 樹脂が、単環または多環の脂環炭化水素構造を有することを特徴とする(2)に記載のレジスト用樹脂。
(8) 樹脂が、ラクトン基、酸無水物基、シアノ基、水酸基及びアルカリ可溶性基から選ばれる少なくとも1種類を有することを特徴とする(2)に記載のレジスト用樹脂。
(9) 樹脂が、芳香族基を有さないことを特徴とする(2)に記載のレジスト用樹脂。
(10) 樹脂が、ヒドロキシスチレン系繰り返し単位を有することを特徴とする(2)に記載のレジスト用樹脂。
(11) 樹脂が、シリコン原子を有することを特徴とする(2)に記載のレジスト用樹脂。
(12) 樹脂を溶解する能力の低い溶剤(S2)が、水、アルコール系溶剤及び極性基を有さない炭化水素系溶剤から選ばれる少なくとも1種類又は水、アルコール系溶剤及び極性基を有さない炭化水素系溶剤から選ばれる少なくとも1種類と他の溶剤との混合溶剤であることを特徴とする(1)に記載のレジスト用樹脂の製造方法。
(13) 樹脂溶液(ps1)に於いて、樹脂(p1)が溶解している溶剤(s1)が、エーテル系溶剤及びケトン系溶剤から選ばれる少なくとも1種類又はエーテル系溶剤及びケトン系溶剤から選ばれる少なくとも1種類と他の溶剤との混合溶剤であることを特徴とする(1)に記載のレジスト用樹脂の製造方法。
(14) (B)成分が、活性光線又は放射線の照射により炭素数2〜4のフロロアルキル鎖を有する酸、又はフッ素原子を有するベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることを特徴とする(4)又は(5)に記載のレジスト組成物。
(15) 更に、工程(X)を経て得られた樹脂溶液(ps2)を、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤と接触させることにより粉体樹脂を析出させ、樹脂を回収する工程を含む(1)に記載の感光性組成物用樹脂の製造方法。
本発明により、高分子量成分が除去された感光性組成物用樹脂を簡便な方法により製造する方法、この方法によって製造されたレジスト用樹脂、この方法によって製造されたレジスト用樹脂を用いることにより現像欠陥、パターン倒れが改良されたレジスト組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
尚、本明細書に於ける基(原子団)の表記に於いて、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本発明の感光性組成物用樹脂の製造方法は、樹脂(p1)が溶剤(s1)に溶解している樹脂溶液(ps1)に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤(貧溶媒)(s2)を接触させることにより、該樹脂の高分子量成分を析出させ、この高分子量成分を除去して、高分子量成分の除かれた樹脂溶液(ps2)を得る工程(X)を含むことを特徴とする。
高分子量成分が除去された樹脂を用いた感光性組成物は、従来法で製造された樹脂に比べ、現像欠陥、更にはパターン倒れが改良される。
ここで、高分子量成分とは、元の樹脂(p1)の重量平均分子量よりも高い重量平均分子量を有する樹脂をいう。
ラジカル重合法によって得られた樹脂は、一般に、2.0程度の分散度を有し、オリゴマー成分から非常に高い分子量を有する高分子量成分までの広い分子量分布を有する。例えば、通常のアゾ系開始剤を用いたラジカル重合で合成した重量平均分子量10000、分散度2.0の樹脂は、分子量数百から数千のオリゴマー成分から、分子量数万以上の高分子量体を含有する。
従来用いられていた方法としては、重合反応などにより得られた樹脂溶液を貧溶媒に注ぎ、樹脂成分を析出させて回収するいわゆる再沈殿工程を用いるのが一般的である。従来法においては再沈殿工程により、未反応の残存モノマーやオリゴマー成分を除去すること
ができ、分散度の狭い樹脂を得ることができる一方で、高分子量成分は溶剤に対する溶解性が低いため優先的に析出、回収され、再沈殿工程で除くことは困難である。
本発明の製造方法では、溶剤に対する溶解性の低い高分子量成分を、樹脂溶液に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤を接触させることにより、高分子量成分を選択的に析出させ、これを除去する工程(X)を導入することにより、高分子量成分の除かれた樹脂溶液を得ることができる。
高分子量成分が除去された樹脂を用いた感光性組成物は、従来法で製造された樹脂に比べ、現像欠陥、更にはパターン倒れが改良される。
ここで、高分子量成分とは、元の樹脂(p1)の重量平均分子量よりも高い重量平均分子量を有する樹脂をいう。
ラジカル重合法によって得られた樹脂は、一般に、2.0程度の分散度を有し、オリゴマー成分から非常に高い分子量を有する高分子量成分までの広い分子量分布を有する。例えば、通常のアゾ系開始剤を用いたラジカル重合で合成した重量平均分子量10000、分散度2.0の樹脂は、分子量数百から数千のオリゴマー成分から、分子量数万以上の高分子量体を含有する。
従来用いられていた方法としては、重合反応などにより得られた樹脂溶液を貧溶媒に注ぎ、樹脂成分を析出させて回収するいわゆる再沈殿工程を用いるのが一般的である。従来法においては再沈殿工程により、未反応の残存モノマーやオリゴマー成分を除去すること
ができ、分散度の狭い樹脂を得ることができる一方で、高分子量成分は溶剤に対する溶解性が低いため優先的に析出、回収され、再沈殿工程で除くことは困難である。
本発明の製造方法では、溶剤に対する溶解性の低い高分子量成分を、樹脂溶液に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤を接触させることにより、高分子量成分を選択的に析出させ、これを除去する工程(X)を導入することにより、高分子量成分の除かれた樹脂溶液を得ることができる。
本発明の特徴である、樹脂(p1)が溶剤(s1)に溶解している樹脂溶液(ps1)に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤(貧溶媒)(s2)を接触させることにより、該樹脂の高分子量成分を析出させ、この高分子量成分を除去して、高分子量成分の除かれた樹脂溶液(ps2)を得る工程(X)において、用いる樹脂溶液(ps1)としては、樹脂(p1)が溶剤(s1)に溶解していれば、どのような溶液を用いてもよい。例えば重合反応により得られた反応液をそのまま用いてもよいし、別の方法により得た樹脂溶液、例えば、反応液から樹脂を回収し、該樹脂を再度溶剤に溶解させた樹脂溶液を用いてもよい。樹脂溶液(ps1)の濃度としては、1〜50質量%が好ましく、より好ましくは5〜30質量%、更により好ましくは10〜25質量%である。樹脂溶液(ps1)において、樹脂を溶解している溶剤(s1)としては、樹脂を溶解する溶剤であればいずれのものでも用いることができるが、好ましくはエーテル系溶剤(より好ましくはプロピレングリコールメチルエーテル、テトラヒドロフラン)、ケトン系溶剤(より好ましくはメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、アセトン、メチルイソブチルケトン)、エステル系溶剤(より好ましくは酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)が挙げられる。樹脂溶液(ps1)において、樹脂(p1)を溶解している溶剤(s1)としては、これらの溶剤の単独溶剤または2種以上の混合溶剤を用いることができるし、これらの溶剤と他の溶剤との混合溶剤を用いることができる。
樹脂を溶解する能力の低い溶剤(貧溶媒)(s2)としては、樹脂を溶解する能力の低い溶剤であればいずれのものでも使用することができる。好ましい貧溶媒(s2)としては、極性基を有さない炭化水素系溶剤(より好ましくはヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン)、水、アルコール系溶剤(より好ましくはメタノール、エタノール、イソプロパノール)を挙げることができる。貧溶媒(s2)としては、貧溶媒(s2)を単独若しくは2種類以上を混合して用いてもよいが、樹脂を溶解する能力の低い溶媒と樹脂を溶解する能力の高い溶媒を混合した混合溶剤が好ましい。樹脂を溶解する能力の低い溶媒と樹脂を溶解する能力の高い溶媒との混合溶剤を用いることで樹脂の溶解性を調整でき、所望の成分を除去することができる。好ましい貧溶媒(s2)としては、水、メタノール、水/メタノール混合溶剤、イソプロパノール、水/イソプロパノール混合溶剤、ヘキサン、酢酸エチル、ヘキサン/酢酸エチル混合溶剤、ヘプタン、ヘプタン/酢酸エチル混合溶剤、ヘプタン/イソプロパノール混合溶剤を挙げることができる。
貧溶媒(s2)に対する樹脂(p1)の溶解性としては、10質量%以下が好ましく、より好ましくは5質量%以下、更により好ましくは3質量%以下である。
貧溶媒(s2)に対する樹脂(p1)の溶解性としては、10質量%以下が好ましく、より好ましくは5質量%以下、更により好ましくは3質量%以下である。
本発明の製造方法は、樹脂の高分子成分の溶剤溶解性が低いことを利用したものであるが、樹脂の溶解性は、構成するモノマー種、ポリマー末端種、分子量など様々な要因によって変化するため、使用する溶剤(s1)、(s2)あるいは再沈殿溶剤は、樹脂ごとに最適な溶剤が選択される。
好ましい樹脂溶液(ps1)と、接触させる貧溶媒(s2)の比率は、樹脂溶液(ps1):貧溶媒(s2)の質量比で好ましくは1:0.01〜1:10、より好ましくは1:0.1〜1:5、更により好ましくは1:0.5〜1:3である。
樹脂溶液(ps1)に対し、貧溶媒(s2)を接触させる方法としては、攪拌されている樹脂溶液(ps1)に貧溶媒(s2)を0.1〜10時間かけて添加するのが好ましい。樹脂溶液(ps1)に貧溶媒(s2)を加える温度としては、0℃〜100℃が好ましく、より好ましくは10℃〜50℃である。
貧溶媒(s2)を加えた後、0.5〜5時間さらに攪拌することが好ましい。貧溶媒(s2)添加時あるいは攪拌時に加熱及び/又は冷却工程を加えてもよい。
貧溶媒(s2)を加えた後、0.5〜5時間さらに攪拌することが好ましい。貧溶媒(s2)添加時あるいは攪拌時に加熱及び/又は冷却工程を加えてもよい。
樹脂溶液(ps1)に貧溶媒(s2)を接触させた後、析出させた高分子量成分を除去する。除去の方法としては、ろ過、あるいはデカンテーションが好ましい。除去される樹脂の量としては、全樹脂に対し1〜40質量%が好ましく、より好ましくは3〜30質量%、更に好ましくは5〜20質量%である。除去される成分の量を調整することで、収率を落とすことなく、該樹脂を使用した感光性組成物の性能を向上させることができる。
高分子量成分を析出除去させた溶液(ps2)は、そのまま感光性組成物に用いてもよいが、再度貧溶媒と接触させて樹脂を析出させ、樹脂を回収するいわゆる再沈殿工程を行うことが好ましい。再沈殿工程を行うことによって、更に低分子量成分、残存オリゴマーが除去され、感光性組成物の解像力が向上する。再沈殿工程に用いられる貧溶媒としては、工程(X)で用いられた貧溶媒(s2)と同じものが好ましく用いることができる。
本発明の樹脂の製造方法に用いる樹脂は、常法に従って(例えばラジカル重合)合成することができる。例えば、一般的合成方法としては、モノマー種および開始剤を溶剤に溶解させ、加熱することにより重合を行う一括重合法、加熱溶剤にモノマー種と開始剤の溶液を1〜10時間かけて滴下して加える滴下重合法などが挙げられ、滴下重合法が好ましい。反応溶媒としては、例えばテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル類やメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン類、酢酸エチルのようなエステル溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド溶剤、さらには後述のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノンのような本発明の組成物を溶解する溶媒が挙げられる。より好ましくは本発明の感光性組成物に用いられる溶剤と同一の溶剤を用いて重合することが好ましい。これにより保存時のパーティクルの発生が抑制できる。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、ジメチル2,2‘−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などが挙げられる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加し、反応を行う。反応の濃度は5〜50質量%であり、好ましくは10〜30質量%である。反応温度は、通常10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、さらに好ましくは60〜100℃である。
得られた反応液は、そのまま若しくは溶剤(s1)を更に添加して樹脂溶液(ps1)とし、本発明の工程(X)に使用してもよいし、あるいは反応液を溶剤に投入して粉体あるいは固形回収等の方法で回収した樹脂(p1)を溶剤(s1)に溶解させて樹脂溶液(ps1)とし、本発明の工程(X)に使用してもよい。
重合反応は窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。重合開始剤としては市販のラジカル開始剤(アゾ系開始剤、パーオキサイドなど)を用いて重合を開始させる。ラジカル開始剤としてはアゾ系開始剤が好ましく、エステル基、シアノ基、カルボキシル基を有するアゾ系開始剤が好ましい。好ましい開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、ジメチル2,2‘−アゾビス(2−メチルプロピオネート)などが挙げられる。所望により開始剤を追加、あるいは分割で添加し、反応を行う。反応の濃度は5〜50質量%であり、好ましくは10〜30質量%である。反応温度は、通常10℃〜150℃であり、好ましくは30℃〜120℃、さらに好ましくは60〜100℃である。
得られた反応液は、そのまま若しくは溶剤(s1)を更に添加して樹脂溶液(ps1)とし、本発明の工程(X)に使用してもよいし、あるいは反応液を溶剤に投入して粉体あるいは固形回収等の方法で回収した樹脂(p1)を溶剤(s1)に溶解させて樹脂溶液(ps1)とし、本発明の工程(X)に使用してもよい。
樹脂溶液(ps1)に含まれる樹脂(p1)としては、ラジカル重合によって得られた、重量平均分子量(Mw)が好ましくは1000〜200000、更に好ましくは3000〜20000、特に好ましくは5000〜20000、分子量分散度(Mw/Mn)が1.4〜2.5の樹脂が好適である。この樹脂溶液(ps1)に対し、本発明の製造方法を適用して製造する樹脂は、重量平均分子量(Mw)4500〜18000、分子量分散度(Mw/Mn)が1.2〜1.7であることが好ましい。
本発明の製造方法により得られた樹脂を用いた感光性組成物に於いて、
好ましい第1の様態として、(A1)本発明の製造方法により得られた酸分解性樹脂及び(B)酸発生剤を含有するポジ型レジスト組成物を挙げることができる。
好ましい第2の様態として、(A2)本発明の製造方法により得られたアルカリ可溶性樹脂、(B)酸発生剤及び(C)酸架橋剤を含有するネガ型レジスト組成物を挙げることができる。
好ましい第1の様態として、(A1)本発明の製造方法により得られた酸分解性樹脂及び(B)酸発生剤を含有するポジ型レジスト組成物を挙げることができる。
好ましい第2の様態として、(A2)本発明の製造方法により得られたアルカリ可溶性樹脂、(B)酸発生剤及び(C)酸架橋剤を含有するネガ型レジスト組成物を挙げることができる。
本発明の製造方法に適した樹脂(p1)としては、フェノール性水酸基(好ましくはヒドロキシスチレン構造)を有する繰り返し単位を有する樹脂、単環または多環の環状炭化水素構造を有する繰り返し単位を有する樹脂である。
より好ましくは、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂、またはアルカリ可溶性樹脂であって、酸の作用により酸架橋剤と架橋反応し、アルカリ現像液への溶解性が減少する樹脂である。
より好ましくは、酸の作用によりアルカリ現像液への溶解性が増大する樹脂、またはアルカリ可溶性樹脂であって、酸の作用により酸架橋剤と架橋反応し、アルカリ現像液への溶解性が減少する樹脂である。
(A1)酸分解性樹脂
酸分解性樹脂は、酸の作用により分解してアルカリ現像液への溶解性が増大する基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する繰り返し単位を有する。
酸分解性基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基等のアルカリ可溶性基の水素原子が、酸の作用により脱離する基で保護された基を挙げることができる。
酸の作用により脱離する基(以下、「酸脱離性基」ともいう)としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
R01〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
本発明の製造方法に適した酸分解性樹脂としては、ヒドロキシスチレン構造を有する繰り返し単位を有する樹脂、単環または多環の環状炭化水素構造を有する繰り返し単位を有する樹脂及びシリコン原子を有する樹脂を挙げることができる。
酸分解性樹脂は、酸の作用により分解してアルカリ現像液への溶解性が増大する基(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する繰り返し単位を有する。
酸分解性基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基等のアルカリ可溶性基の水素原子が、酸の作用により脱離する基で保護された基を挙げることができる。
酸の作用により脱離する基(以下、「酸脱離性基」ともいう)としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を挙げることができる。
式中、R36〜R39は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
R01〜R02は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はアルケニル基を表す。
本発明の製造方法に適した酸分解性樹脂としては、ヒドロキシスチレン構造を有する繰り返し単位を有する樹脂、単環または多環の環状炭化水素構造を有する繰り返し単位を有する樹脂及びシリコン原子を有する樹脂を挙げることができる。
本発明の方法で製造された樹脂をKrFエキシマレーザー光、電子線、X線、波長50nm以下の高エネルギー光線(EUVなど)を照射するポジ型レジスト組成物に使用する場合には、樹脂は、ヒドロキシスチレンによる繰り返し単位等のヒドロキシスチレン系繰り返し単位を有することが好ましい。更に好ましくは、ヒドロキシスチレン系繰り返し単位及び酸分解基を有する繰り返し単位を有する樹脂である。酸分解基を有する繰り返し単位としては、酸脱離性基で保護されたヒドロキシスチレン系繰り返し単位、酸分解性(メタ)アクリル酸3級アルキルエステル系繰り返し単位が好ましい。
酸脱離性基で保護されたヒドロキシスチレン系繰り返し単位としては、1−アルコキシエトキシスチレン、t−ブチルカルボニルオキシスチレン等による繰り返し単位が好ましい。酸分解性(メタ)アクリル酸3級アルキルエステル系繰り返し単位におけるアルキル基としては、鎖状、あるいは単環または多環の環状アルキル基が挙げられる。酸分解性(メタ)アクリル酸3級アルキルエステル系繰り返し単位として、好ましくはt−ブチル(メタ)アクリレート、2−アルキル−2−アダマンチル(メタ)アクリルレート、2−(1−アダマンチル)−2−プロピル(メタ)アクリルレート、1−アルキル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリルレート、1−アルキル−1−シクロペンチル(メタ)アクリルレート等による繰り返し単位が挙げられる。
酸脱離性基で保護されたヒドロキシスチレン系繰り返し単位としては、1−アルコキシエトキシスチレン、t−ブチルカルボニルオキシスチレン等による繰り返し単位が好ましい。酸分解性(メタ)アクリル酸3級アルキルエステル系繰り返し単位におけるアルキル基としては、鎖状、あるいは単環または多環の環状アルキル基が挙げられる。酸分解性(メタ)アクリル酸3級アルキルエステル系繰り返し単位として、好ましくはt−ブチル(メタ)アクリレート、2−アルキル−2−アダマンチル(メタ)アクリルレート、2−(1−アダマンチル)−2−プロピル(メタ)アクリルレート、1−アルキル−1−シクロヘキシル(メタ)アクリルレート、1−アルキル−1−シクロペンチル(メタ)アクリルレート等による繰り返し単位が挙げられる。
以下、本発明に使用されるヒドロキシスチレン系繰り返し単位及び酸分解基を有する繰
り返し単位を有する樹脂の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
り返し単位を有する樹脂の具体例を示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
上記具体例において、tBuは、t−ブチル基を表す。
酸分解性基の含有率は、樹脂中の酸分解性基の数(B)と酸で脱離する基で保護されていないアルカリ可溶性基の数(S)をもって、B/(B+S)で表される。含有率は、好ましくは0.01〜0.7、より好ましくは0.05〜0.50、更に好ましくは0.0
5〜0.40である。
5〜0.40である。
本発明の方法で製造された樹脂をArFエキシマレーザー光を照射するポジレジスト組成物に使用する場合には、樹脂は、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解度が増加する樹脂であることが好ましい。更に好ましくは、芳香族構造を有する繰り返し単位が15mol%以下、より好ましくは芳香族構造を有さない樹脂である。
単環又は多環の脂環炭化水素構造を有し、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解度が増加する樹脂(以下、「脂環炭化水素系酸分解性樹脂」ともいう)は、酸分解性基を有する繰り返し単位として、下記一般式(II)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
一般式(II)に於いて、
Xa1は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。Xa1のアルキル基は、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状アルキル基が好ましく、水酸基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
Xa1は、好ましくは、水素原子又はメチル基である。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状アルキル基又は単環若しくは多環のシクロアルキル基を表す。Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して、単環若しくは多環のシクロアルキル基を形成してもよい。
Rx1〜Rx3の直鎖状若しくは分岐アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数
1〜4のものが好ましい。
Rx1〜Rx3の単環若しくは多環のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して形成される、単環若しくは多環のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1が、メチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3が結合して上述の単環若しくは多環のシクロアルキル基を結合している様態が好ましい。
Xa1は、水素原子、アルキル基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。Xa1のアルキル基は、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状アルキル基が好ましく、水酸基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。
Xa1は、好ましくは、水素原子又はメチル基である。
Rx1〜Rx3は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状アルキル基又は単環若しくは多環のシクロアルキル基を表す。Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して、単環若しくは多環のシクロアルキル基を形成してもよい。
Rx1〜Rx3の直鎖状若しくは分岐アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数
1〜4のものが好ましい。
Rx1〜Rx3の単環若しくは多環のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3の少なくとも2つが結合して形成される、単環若しくは多環のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1が、メチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3が結合して上述の単環若しくは多環のシクロアルキル基を結合している様態が好ましい。
酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、20〜50mol%が好ましく、より好ましくは25〜45mol%である。
好ましい酸分解性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、ラクトン構造を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
ラクトン構造としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)であり、特定のラクトン構造を用いることでラインエッジラフネス、現像欠陥が良好になる。
ラクトン構造としては、ラクトン構造を有していればいずれでも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造であり、5〜7員環ラクトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。下記一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造としては(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)であり、特定のラクトン構造を用いることでラインエッジラフネス、現像欠陥が良好になる。
ラクトン構造部分は置換基(Rb2)を有していても有していなくてもよい。好ましい置換基(Rb2)としては、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数4〜7のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、炭素数1〜8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、酸分解性基などが挙げられる。より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、シアノ基、酸分解性基である。n2は、0〜4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在するRb2は、同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するRb2同士が結合して環を形成してもよい。
一般式(LC1−1)〜(LC1−16)のいずれかで表されるラクトン構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
一般式(AI)中、
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
Rb0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
Rb0は、水素原子又はメチル基が好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環または多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の連結基を表す。好ましくは、単結合、−Ab1−CO2−で表される2価の連結基である。Ab1は、直鎖、分岐アルキレン基、単環または多環のシクロアルキレン基であり、好ましくはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基である。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−16)の内のいずれかで示される構造を有する基を表す。
Rb0は、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
Rb0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。
Rb0は、水素原子又はメチル基が好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環または多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の連結基を表す。好ましくは、単結合、−Ab1−CO2−で表される2価の連結基である。Ab1は、直鎖、分岐アルキレン基、単環または多環のシクロアルキレン基であり、好ましくはメチレン基、エチレン基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基である。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−16)の内のいずれかで示される構造を有する基を表す。
ラクトン構造を有する繰り返し単位は、通常光学異性体が存在するが、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)が90以上のものが好ましく、より好ましくは95以上である。
ラクトン構造を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、15〜60mol%が好ましく、より好ましくは20〜50mol%、更に好ましくは30〜50mol%である。
ラクトン構造を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
特に好ましいラクトン構造を有する繰り返し単位としては、下記の繰り返し単位が挙げられる。最適なラクトン構造を選択することにより、パターンプロファイル、粗密依存性が良好となる。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位は、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましい。水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造に於ける、脂環炭化水素構造としては、アダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。好ましい水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造としては、下記一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造が好ましい。
一般式(VIIa)〜(VIIc)に於いて、
R2c〜R4cは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、R2c〜R4cの内の1つ又は2つが、水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、R2c〜R4cの内の2つが、水酸基で、残りが水素原子である。
R2c〜R4cは、各々独立に、水素原子、水酸基又はシアノ基を表す。ただし、R2c〜R4cの内の少なくとも1つは、水酸基又はシアノ基を表す。好ましくは、R2c〜R4cの内の1つ又は2つが、水酸基で、残りが水素原子である。一般式(VIIa)に於いて、更に好ましくは、R2c〜R4cの内の2つが、水酸基で、残りが水素原子である。
一般式(VIIa)〜(VIId)で表される部分構造を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)〜(AIId)で表される繰り返し単位を挙げることができる。
一般式(AIIa)〜(AIIb)に於いて、
R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキメチル基を表す。
R2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於ける、R2c〜R4cと同義である。
R1cは、水素原子、メチル基、トリフロロメチル基又はヒドロキメチル基を表す。
R2c〜R4cは、一般式(VIIa)〜(VIIc)に於ける、R2c〜R4cと同義である。
水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、5〜40mol%が好ましく、より好ましくは5〜30mol%、更に好ましくは10〜25mol%である。
水酸基又はシアノ基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。アルカリ可溶性基としてはカルボキシル基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、ビスルスルホニルイミド基、α位が電子吸引性基で置換された脂肪族アルコー
ル(例えばヘキサフロロイソプロパノール基)が挙げられ、カルボキシル基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を含有することによりコンタクトホール用途での解像性が増す。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、さらにはアルカリ可溶性基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、のいずれも好ましく、連結基は単環または多環の環状炭化水素構造を有していてもよい。特に好ましくはアクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位である。
ル(例えばヘキサフロロイソプロパノール基)が挙げられ、カルボキシル基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位を含有することによりコンタクトホール用途での解像性が増す。アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位としては、アクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位のような樹脂の主鎖に直接アルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、あるいは連結基を介して樹脂の主鎖にアルカリ可溶性基が結合している繰り返し単位、さらにはアルカリ可溶性基を有する重合開始剤や連鎖移動剤を重合時に用いてポリマー鎖の末端に導入、のいずれも好ましく、連結基は単環または多環の環状炭化水素構造を有していてもよい。特に好ましくはアクリル酸、メタクリル酸による繰り返し単位である。
アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の含有量は、ポリマー中の全繰り返し単位に対し、1〜20mol%が好ましく、より好ましくは3〜15mol%、更に好ましくは5〜10mol%である。
アルカリ可溶性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に示すが、本発明は、これに限定されるものではない。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂は、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにレジストの一般的な必要な特性である解像力、耐熱性、感度等を調節する目的で様々な繰り返し構造単位を有することができる。
このような繰り返し構造単位としては、下記の単量体に相当する繰り返し構造単位を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
これにより、(A1)成分に要求される性能、特に、
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、
等の微調整が可能となる。
(1)塗布溶剤に対する溶解性、
(2)製膜性(ガラス転移点)、
(3)アルカリ現像性、
(4)膜べり(親疎水性、アルカリ可溶性基選択)、
(5)未露光部の基板への密着性、
(6)ドライエッチング耐性、
等の微調整が可能となる。
このような単量体として、例えばアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、アリル化合物、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等から選ばれる付加重合性不飽和結合を1個有する化合物等を挙げることができる。
その他にも、上記種々の繰り返し構造単位に相当する単量体と共重合可能である付加重合性の不飽和化合物であれば、共重合されていてもよい。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂において、各繰り返し構造単位の含有モル比はレジストのドライエッチング耐性や標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、さらにはレジストの一般的な必要性能である解像力、耐熱性、感度等を調節するために適宜設定される。
本発明のポジ型レジスト組成物が、ArF露光用であるとき、ArF光への透明性の点から脂環炭化水素系酸分解性樹脂は芳香族基を有さないことが好ましい。
脂環炭化水素系酸分解性樹脂として好ましくは、繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート系繰り返し単位で構成されたものである。この場合、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位とアクリレート系繰り返し単位とによるもののいずれのものでも用いることができるが、アクリレート系繰り返し単位が全繰り返し単位の50mol%以下であることが好ましい。より好ましくは、酸分解性基を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位20〜50モル%、ラクトン構造を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位20〜50モル%、水酸基又はシアノ基で置換された脂環炭化水素構造を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位5〜30モル%、更にその他の(メタ)アクリレート系繰り返し単位を0〜20モル%含む共重合ポリマーである。
本発明のポジ型レジスト組成物を多層レジストの上層レジストに使用する場合に、樹脂は、シリコン原子を有し、酸の作用により分解し、アルカリ現像液に対する溶解度が増加する樹脂(以下、「シリコン原子を有する酸分解性樹脂」ともいう)であることが好ましい。
シリコン原子を有する酸分解性樹脂としては、シリコン原子を主鎖及び側鎖の少なくとも一方に有する樹脂を用いることができる。樹脂の側鎖にシロキサン構造を有する樹脂として、例えば、シリコン原子を側鎖に有するオレフィン系単量体、無水マレイン酸及び酸分解性基を側鎖に有する(メタ)アクリル酸系単量体の共重合体を挙げることができる。
シリコン原子を有する酸分解性樹脂としてはトリアルキルシリル構造、単環または多環の環状シロキサン構造を有する樹脂が好ましく、下記一般式(SS−1)〜(SS−4)で表される構造を有する繰り返しを有する樹脂がより好ましく、一般式(SS−1)〜(SS−4)で表される構造を有する(メタ)アクリル酸エステル系繰り返し単位、ビニル系繰り返し単位またはアリル系繰り返し単位を有する樹脂がより好ましい。
シリコン原子を有する酸分解性樹脂としてはトリアルキルシリル構造、単環または多環の環状シロキサン構造を有する樹脂が好ましく、下記一般式(SS−1)〜(SS−4)で表される構造を有する繰り返しを有する樹脂がより好ましく、一般式(SS−1)〜(SS−4)で表される構造を有する(メタ)アクリル酸エステル系繰り返し単位、ビニル系繰り返し単位またはアリル系繰り返し単位を有する樹脂がより好ましい。
一般式(SS−1)〜(SS−4)中、Rsは炭素数1〜5のアルキル基を表し、好ましくはメチル基、エチル基である。
シリコン原子を有する酸分解性樹脂は、異なる2種類以上のシリコン原子を有する繰り返し単位を有することが好ましく、より好ましくは(Sa)シリコン原子を1〜4個有する繰り返し単位と(Sb)シリコン原子を5〜10個有する繰り返し単位の両方を有する樹脂であり、更により好ましくは一般式(SS−1)〜(SS−3)で表される構造を有する少なくとも1種類の繰り返し単位と一般式(SS−4)で表される構造を有する繰り返し単位を有する樹脂である。
本発明のポジ型レジスト組成物において、酸分解性樹脂の組成物全体中の配合量は、全固形分中50〜99質量%が好ましく、より好ましくは60〜98.0質量%である。
また、本発明において、酸分解性樹脂は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
また、本発明において、酸分解性樹脂は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
(A2)アルカリ可溶性樹脂
アルカリ可溶性樹脂のアルカリ溶解速度は、0.261Nテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)で測定(23℃)して20Å/秒以上のものが好ましい。特に好ましくは200Å/秒以上のものである(Åはオングストローム)。
アルカリ可溶性樹脂のアルカリ溶解速度は、0.261Nテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)で測定(23℃)して20Å/秒以上のものが好ましい。特に好ましくは200Å/秒以上のものである(Åはオングストローム)。
本発明に用いられるアルカリ可溶性樹脂としては、例えばノボラック樹脂、水素化ノボラツク樹脂、アセトン−ピロガロール樹脂、o−ポリヒドロキシスチレン、m−ポリヒドロキシスチレン、p−ポリヒドロキシスチレン、水素化ポリヒドロキシスチレン、ハロゲンもしくはアルキル置換ポリヒドロキシスチレン、ヒドロキシスチレン−N−置換マレイミド共重合体、o/p−及びm/p−ヒドロキシスチレン共重合体、ポリヒドロキシスチレンの水酸基に対する一部O−アルキル化物(例えば、5〜30モル%のO−メチル化物、O−(1−メトキシ)エチル化物、O−(1−エトキシ)エチル化物、O−2−テトラヒドロピラニル化物、O−(t−ブトキシカルボニル)メチル化物等)もしくはO−アシル化物(例えば、5〜30モル%のo−アセチル化物、O−(t−ブトキシ)カルボニル化物等)、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、α−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、カルボキシル基含有メタクリル系樹脂及びその誘導体、ポリビニルアルコール誘導体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
特に好ましいアルカリ可溶性樹脂は、ノボラック樹脂及びo−ポリヒドロキシスチレン、m−ポリヒドロキシスチレン、p−ポリヒドロキシスチレン及びこれらの共重合体、アルキル置換ポリヒドロキシスチレン、ポリヒドロキシスチレンの一部O−アルキル化、もしくはO−アシル化物、スチレン−ヒドロキシスチレン共重合体、α−メチルスチレン−ヒドロキシスチレン共重合体である。
該ノボラック樹脂は所定のモノマーを主成分として、酸性触媒の存在下、アルデヒド類と付加縮合させることにより得られる。
また、アルカリ溶解性樹脂の重量平均分子量は、2000以上、好ましくは5000〜200000、より好ましくは5000〜100000である。
ここで、重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィーのポリスチレン換算値をもって定義される。
本発明におけるこれらのアルカリ可溶性樹脂は2種類以上組み合わせて使用してもよい。
アルカリ可溶性樹脂の使用量は、ネガ型レジスト組成物の全組成物の固形分に対し、40〜97質量%、好ましくは60〜90質量%である。
(B)酸発生剤
本発明のレジスト組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(「酸発生剤」ともいう)を含有する。
そのような酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
本発明のレジスト組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(「酸発生剤」ともいう)を含有する。
そのような酸発生剤としては、光カチオン重合の光開始剤、光ラジカル重合の光開始剤、色素類の光消色剤、光変色剤、あるいはマイクロレジスト等に使用されている活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物及びそれらの混合物を適宜に選択して使用することができる。
たとえば、ジアゾニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、イミドスルホネート、オキシムスルホネート、ジアゾジスルホン、ジスルホン、o−ニトロベンジルスルホネートを挙げることができる。
また、これらの活性光線又は放射線の照射により酸を発生する基、あるいは化合物をポリマーの主鎖又は側鎖に導入した化合物、たとえば、米国特許第3,849,137号、独国特許第3914407号、特開昭63−26653号、特開昭55−164824号、特開昭62−69263号、特開昭63−146038号、特開昭63−163452号、特開昭62−153853号、特開昭63−146029号等に記載の化合物を用いることができる。
さらに米国特許第3,779,778号、欧州特許第126,712号等に記載の光により酸を発生する化合物も使用することができる。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物としては、活性光線又は放射線の照射により炭素数2〜4のフロロアルキル鎖を有する酸、又はフッ素原子を有するベンゼンスルホン酸を発生する化合物であることが好ましい。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
一般式(ZI)において、
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
X-は、非求核性アニオンを表し、好ましくはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF4 -、PF6 -、SbF6 -などが挙げられ、好ましくは炭素原子を含有する有機アニオンである。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
X-は、非求核性アニオンを表し、好ましくはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、ビス(アルキルスルホニル)アミドアニオン、トリス(アルキルスルホニル)メチドアニオン、BF4 -、PF6 -、SbF6 -などが挙げられ、好ましくは炭素原子を含有する有機アニオンである。
好ましい有機アニオンとしては、下記一般式(AN1)〜(AN4)に示す有機アニオンが挙げられる。
一般式(AN1)〜(AN2)に於いて、
Rc1は、有機基を表す。
Rc1における有機基としては、炭素数1〜30のものが挙げられ、好ましくは置換し
ていてもよいアルキル基、アリール基、またはこれらの複数が、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−などの連結基で連結された基を挙げることができる。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、結合しているアルキル基、アリール基と環構造を形成してもよい。
Rc1の有機基として、より好ましくは1位がフッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子またはフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上する。Rc1において炭素原子を5個以上有する時、少なくとも1つの炭素原子は水素原子が全てフッ素原子で置換されているのではなく、水素原子を有していることが好ましく、水素原子の数がフッ素原子より多いことがより好ましい。炭素数5以上のパーフロロアルキル基を有さないことにより生態への毒性が軽減する。
Rc1は、有機基を表す。
Rc1における有機基としては、炭素数1〜30のものが挙げられ、好ましくは置換し
ていてもよいアルキル基、アリール基、またはこれらの複数が、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−などの連結基で連結された基を挙げることができる。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、結合しているアルキル基、アリール基と環構造を形成してもよい。
Rc1の有機基として、より好ましくは1位がフッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたアルキル基、フッ素原子またはフロロアルキル基で置換されたフェニル基である。フッ素原子またはフロロアルキル基を有することにより、光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上する。Rc1において炭素原子を5個以上有する時、少なくとも1つの炭素原子は水素原子が全てフッ素原子で置換されているのではなく、水素原子を有していることが好ましく、水素原子の数がフッ素原子より多いことがより好ましい。炭素数5以上のパーフロロアルキル基を有さないことにより生態への毒性が軽減する。
Rc1の特に好ましい様態として、下記一般式で表される基を挙げることができる。
上記一般式に於いて、
Rc6は、炭素数4以下、より好ましくは2〜4、更に好ましくは2〜3のパーフロロアルキレン基、3〜5個のフッ素原子及び/又は1〜3個のフロロアルキル基で置換されたフェニレン基を表す。
Axは、連結基(好ましくは、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−)を表す。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、Rc7と結合して環構造を形成してもよい。
Rc7は、水素原子、フッソ原子、直鎖状若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基又はアリール基を表す。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基は、置換していてもよいが、置換基としてフッ素原子を有さないことが好ましい。
Rc6は、炭素数4以下、より好ましくは2〜4、更に好ましくは2〜3のパーフロロアルキレン基、3〜5個のフッ素原子及び/又は1〜3個のフロロアルキル基で置換されたフェニレン基を表す。
Axは、連結基(好ましくは、単結合、−O−、−CO2−、−S−、−SO3−、−SO2N(Rd1)−)を表す。Rd1は、水素原子又はアルキル基を表し、Rc7と結合して環構造を形成してもよい。
Rc7は、水素原子、フッソ原子、直鎖状若しくは分岐状アルキル基、単環若しくは多環のシクロアルキル基又はアリール基を表す。アルキル基、シクロアルキル基、アリール基は、置換していてもよいが、置換基としてフッ素原子を有さないことが好ましい。
前記一般式(AN3)〜(AN4)に於いて、
Rc3、Rc4及びRc5は、各々独立に、有機基を表す。
Rc3、Rc4及びRc5の有機基として、好ましくはRc1における好ましい有機基と同じものを挙げることができる。
Rc3とRc4が結合して環を形成していてもよい。Rc3とRc4が結合して形成される基としては、アルキレン基、アリーレン基が挙げられる。好ましくは炭素数2〜4のパーフロロアルキレン基である。Rc3とRc4が結合して環を形成することにより光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上し、好ましい。
Rc3、Rc4及びRc5は、各々独立に、有機基を表す。
Rc3、Rc4及びRc5の有機基として、好ましくはRc1における好ましい有機基と同じものを挙げることができる。
Rc3とRc4が結合して環を形成していてもよい。Rc3とRc4が結合して形成される基としては、アルキレン基、アリーレン基が挙げられる。好ましくは炭素数2〜4のパーフロロアルキレン基である。Rc3とRc4が結合して環を形成することにより光照射によって発生した酸の酸性度が上がり、感度が向上し、好ましい。
前記一般式(ZI)に於ける、
R201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
R201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
R201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
R201、R202及びR203としての有機基の具体例としては、後述する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、(ZI−3)における対応する基を挙げることができる。
尚、一般式(ZI)で表される構造を複数有する化合物であってもよい。例えば、一般式(ZI)で表される化合物のR201〜R203の少なくともひとつが、一般式(ZI)で表されるもうひとつの化合物のR201〜R203の少なくともひとつと結合した構造を有する化合物であってもよい。
更に好ましい(ZI)成分として、以下に説明する化合物(ZI−1)、(ZI−2)、及び(ZI−3)を挙げることができる。
化合物(ZI−1)は、上記一般式(ZI)のR201〜R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニム化合物、即ち、アリールスルホニウムをカチオンとする化合物である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基、シクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物、ジアリールシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールジシクロアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基などのアリール基、インドール残基、ピロール残基、などのヘテロアリール基が好ましく、更に好ましくはフェニル基、インドール残基である。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
R201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6−から14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12の直鎖若しくは分岐状アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基であり、特に好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
(ZI−1)として好ましくは、R201〜R203が置換していてもよいフェニル基であるトリフェニルスルホニウム塩、またはR201〜R203のうち1つが置換していてもよいアリール基でR201〜R203のうち2つがアルキル基であるアリールジアルキルスルホニウム塩(2つのアルキル基は結合して環形成していてもよい)である。
アリールスルホニウム化合物は、R201〜R203の全てがアリール基でもよいし、R201〜R203の一部がアリール基で、残りがアルキル基、シクロアルキル基でもよい。
アリールスルホニウム化合物としては、例えば、トリアリールスルホニウム化合物、ジアリールアルキルスルホニウム化合物、アリールジアルキルスルホニウム化合物、ジアリールシクロアルキルスルホニウム化合物、アリールジシクロアルキルスルホニウム化合物を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物のアリール基としてはフェニル基、ナフチル基などのアリール基、インドール残基、ピロール残基、などのヘテロアリール基が好ましく、更に好ましくはフェニル基、インドール残基である。アリールスルホニム化合物が2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているアルキル基は、炭素数1〜15の直鎖若しくは分岐状アルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
アリールスルホニウム化合物が必要に応じて有しているシクロアルキル基は、炭素数3〜15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
R201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6−から14)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基を置換基として有してもよい。好ましい置換基としては炭素数1〜12の直鎖若しくは分岐状アルキル基、炭素数3〜12のシクロアルキル基、炭素数1〜12の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基であり、特に好ましくは炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基である。置換基は、3つのR201〜R203のうちのいずれか1つに置換していてもよいし、3つ全てに置換していてもよい。また、R201〜R203がアリール基の場合に、置換基はアリール基のp−位に置換していることが好ましい。
(ZI−1)として好ましくは、R201〜R203が置換していてもよいフェニル基であるトリフェニルスルホニウム塩、またはR201〜R203のうち1つが置換していてもよいアリール基でR201〜R203のうち2つがアルキル基であるアリールジアルキルスルホニウム塩(2つのアルキル基は結合して環形成していてもよい)である。
次に、化合物(ZI−2)について説明する。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
R201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
R201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、特に好ましくは直鎖、分岐2−オキソアルキル基である。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を含有しない有機基を表す場合の化合物である。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含有する芳香族環も包含するものである。
R201〜R203としての芳香環を含有しない有機基は、一般的に炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20である。
R201〜R203は、各々独立に、好ましくはアルキル基、シクロアルキル基、アリル基、ビニル基であり、更に好ましくは直鎖、分岐、環状2−オキソアルキル基、アルコキシカルボニルメチル基、特に好ましくは直鎖、分岐2−オキソアルキル基である。
R201〜R203としてのアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができる。R201〜R203としてのアルキル基は、直鎖、分岐2−オキソアルキル基、アルコキシメチル基であることがより好ましい。
R201〜R203としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。R201〜R203としてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
R201〜R203としての直鎖、分岐、環状の2−オキソアルキル基は、好ましくは、上記のアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
R201〜R203としてのアルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、
好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
R201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基等によって更に置換されていてもよい。
R201〜R203としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。R201〜R203としてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
R201〜R203としての直鎖、分岐、環状の2−オキソアルキル基は、好ましくは、上記のアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
R201〜R203としてのアルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基としては、
好ましくは炭素数1〜5のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基)を挙げることができる。
R201〜R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1〜5)、水酸基、シアノ基、ニトロ基等によって更に置換されていてもよい。
化合物(ZI−3)とは、以下の一般式(ZI−3)で表される化合物であり、フェナシルスルフォニウム塩構造を有する化合物である。
一般式(ZI−3)に於いて、
R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
X-は、非求核性アニオンを表し、一般式(I)に於ける、X-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
R1c〜R5cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyは、それぞれ結合して環構造を形成しても良く、この環構造は、酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合を含んでいてもよい。R1c〜R7c中のいずれか2つ以上、及びRxとRyが結合して形成する基としては、ブチレン基、ペンチレン基等を挙げることができる。
X-は、非求核性アニオンを表し、一般式(I)に於ける、X-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
R1c〜R7cとしてのアルキル基は、例えば、炭素数1〜20個の直鎖若しくは分岐状アルキル基、好ましくは、炭素数1〜12個の直鎖若しくは分岐状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、直鎖又は分岐プロピル基、直鎖又は分岐ブチル基、直鎖又は分岐ペンチル基)を挙げることができる。
R1c〜R7cとしてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜8個のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)を挙げることができる。
R1c〜R5cとしてのアルコキシ基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜10のアルコキシ基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖及び分岐アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基)、炭素数3〜8の環状アルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)を挙げることができる。
好ましくはR1c〜R5cのうちいずれかが直鎖若しくは分岐状アルキル基、シクロアルキル基、又は直鎖、分岐、環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
R1c〜R7cとしてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜8個のシクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基)を挙げることができる。
R1c〜R5cとしてのアルコキシ基は、直鎖、分岐、環状のいずれであってもよく、例えば炭素数1〜10のアルコキシ基、好ましくは、炭素数1〜5の直鎖及び分岐アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、直鎖又は分岐プロポキシ基、直鎖又は分岐ブトキシ基、直鎖又は分岐ペントキシ基)、炭素数3〜8の環状アルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基)を挙げることができる。
好ましくはR1c〜R5cのうちいずれかが直鎖若しくは分岐状アルキル基、シクロアルキル基、又は直鎖、分岐、環状アルコキシ基であり、更に好ましくはR1c〜R5cの炭素数の和が2〜15である。これにより、より溶剤溶解性が向上し、保存時にパーティクルの発生が抑制される。
Rx及びRyとしてのアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのアルキル基は、直鎖若しくは分岐2−オキソアルキル基、アルコキシメチル基であることがより好ましい。
Rx及びRyとしてのシクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのシクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
直鎖若しくは分岐状アルキル基、環状2−オキソアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cとしてのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。
Rx、Ryは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基であり、より好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基である。
Rx及びRyとしてのシクロアルキル基は、R1c〜R7cとしてのシクロアルキル基と同様のものを挙げることができる。Rx及びRyとしてのシクロアルキル基は、環状2−オキソアルキル基であることがより好ましい。
直鎖若しくは分岐状アルキル基、環状2−オキソアルキル基は、R1c〜R7cとしてのアルキル基、シクロアルキル基の2位に>C=Oを有する基を挙げることができる。
アルコキシカルボニルメチル基におけるアルコキシ基については、R1c〜R5cとしてのアルコキシ基と同様のものを挙げることができる。
Rx、Ryは、好ましくは炭素数4個以上のアルキル基であり、より好ましくは6個以上、更に好ましくは8個以上のアルキル基である。
前記一般式(ZII)及び(ZIII)に於いて、
R204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204〜R207のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。
R204〜R207としてのアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができる。
R204〜R207としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
R204〜R207は、置換基を有していてもよい。R204〜R207が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
X-は、非求核性アニオンを表し、一般式(I)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
R204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204〜R207のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基が好ましく、更に好ましくはフェニル基である。
R204〜R207としてのアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基)を挙げることができる。
R204〜R207としてのシクロアルキル基は、好ましくは、炭素数3〜10のシクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボニル基)を挙げることができる。
R204〜R207は、置換基を有していてもよい。R204〜R207が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1〜15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3〜15)、アリール基(例えば炭素数6〜15)、アルコキシ基(例えば炭素数1〜15)、ハロゲン原子、水酸基、フェニルチオ基等を挙げることができる。
X-は、非求核性アニオンを表し、一般式(I)に於けるX-の非求核性アニオンと同様のものを挙げることができる。
活性光線又は放射線の照射により分解して酸を発生する化合物の内で好ましい化合物として、更に、下記一般式(ZIV)、(ZV)、(ZVI)で表される化合物を挙げることができる。
一般式(ZIV)〜(ZVI)に於いて、
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
R206は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
R207及びR208は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は電子吸引性基を表す。R207として、好ましくは、アリール基である。R208として、好ましくは、電子吸引性基であり、より好ましくは、シアノ基、フロロアルキル基である。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
R206は、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
R207及びR208は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は電子吸引性基を表す。R207として、好ましくは、アリール基である。R208として、好ましくは、電子吸引性基であり、より好ましくは、シアノ基、フロロアルキル基である。
Aは、アルキレン基、アルケニレン基又はアリーレン基を表す。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の内でより好ましくは、一般式(ZI)〜(ZIII)で表される化合物であり、更に好ましくは一般式(ZI)で表される化合物であり、特に好ましくは一般式(ZI−1)〜(ZI−3)で表される化合物である。
更に、活性光線又は放射線の照射により、下記一般式(AC1)〜(AC3)で表される酸を発生する化合物が好ましい。
更に、活性光線又は放射線の照射により、下記一般式(AC1)〜(AC3)で表される酸を発生する化合物が好ましい。
一般式(AC1)〜(AC3)に於ける、Rc1、Rc3〜Rc5は、一般式(AN1)〜(AN4)に於ける、Rc1、Rc3〜Rc5と同義である。
特に好ましい酸発生剤の様態としては、一般式(ZI)の構造において、X−が、前記(AN1)、(AN3)、(AN4)から選ばれるアニオンである化合物である。
活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物の中で、特に好ましいものの例を以下に挙げる。
酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。2種以上を組み合わせて使用する際には、水素原子を除く全原子数が2以上異なる2種の有機酸を発生する化合物を組み合わせることが好ましい。
酸発生剤の組成物中の含量は、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
酸発生剤の組成物中の含量は、レジスト組成物の全固形分を基準として、0.1〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜10質量%、更に好ましくは1〜7質量%である。
(C)酸架橋剤
本発明のネガ型レジスト組成物には、酸架橋剤が使用される。
本発明のネガ型レジスト組成物には、酸架橋剤が使用される。
酸架橋剤としては、酸の作用によりアルカリ可溶性樹脂を架橋する化合物であればいずれも用いることができるが、以下の(1)〜(3)が好ましい。
(1)フェノール誘導体のヒドロキシメチル体、アルコキシメチル体、アシルオキシメチル体。
(2)N−ヒドロキシメチル基、N−アルコキシメチル基、N−アシルオキシメチル基を有する化合物。
(3)エポキシ基を有する化合物。
(1)フェノール誘導体のヒドロキシメチル体、アルコキシメチル体、アシルオキシメチル体。
(2)N−ヒドロキシメチル基、N−アルコキシメチル基、N−アシルオキシメチル基を有する化合物。
(3)エポキシ基を有する化合物。
アルコキシメチル基としては炭素数6個以下、アシルオキシメチル基としては炭素数6個以下が好ましい。
これらの酸架橋剤の内、特に好ましいものを以下に挙げる。
式中、L1〜L8は、同じであっても異なっていてもよく、水素原子、ヒドロキシメチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基又は炭素数1〜6個のアルキル基を示す。
酸架橋剤は、ネガ型レジスト組成物の固形分中、通常3〜70質量%、好ましくは5〜50質量%の添加量で用いられる。
アルカリ可溶性基、親水基及び酸分解性基から選ばれるすくなくとも1つを有する、分子量3000以下の溶解制御化合物
本発明のレジスト組成物には、アルカリ可溶性基、親水基及び酸分解性基から選ばれるすくなくとも1つを有する、分子量3000以下の溶解制御化合物(以下、「溶解制御化合物」ともいう)を加えてもよい。
溶解制御化合物としては、カルボキシル基、スルホニルイミド基、α位がフロロアルキル基で置換された水酸基などのようなアルカリ可溶性基を有する化合物、水酸基やラクトン基、シアノ基、アミド基、ピロリドン基、スルホンアミド基、などの親水性基を有する化合物、または酸分解性基を有する化合物が好ましい。酸分解性基としては、カルボキシル基あるいは水酸基を酸分解性基保護基で保護した基が好ましい。溶解制御化合物としては220nm以下の透過性を低下させないため、芳香環を含有しない化合物を用いるか、芳香環を有する化合物を組成物の固形分に対し20wt%以下の添加量で用いることが好ましい。
好ましい溶解制御化合物としてはアダマンタン(ジ)カルボン酸、ノルボルナンカルボン酸、コール酸などの脂環炭化水素構造を有するカルボン酸化合物、またはそのカルボン酸を酸分解性保護基で保護した化合物、糖類などのポリオール、またはその水酸基を酸分解性保護基で保護した化合物が好ましい。
本発明のレジスト組成物には、アルカリ可溶性基、親水基及び酸分解性基から選ばれるすくなくとも1つを有する、分子量3000以下の溶解制御化合物(以下、「溶解制御化合物」ともいう)を加えてもよい。
溶解制御化合物としては、カルボキシル基、スルホニルイミド基、α位がフロロアルキル基で置換された水酸基などのようなアルカリ可溶性基を有する化合物、水酸基やラクトン基、シアノ基、アミド基、ピロリドン基、スルホンアミド基、などの親水性基を有する化合物、または酸分解性基を有する化合物が好ましい。酸分解性基としては、カルボキシル基あるいは水酸基を酸分解性基保護基で保護した基が好ましい。溶解制御化合物としては220nm以下の透過性を低下させないため、芳香環を含有しない化合物を用いるか、芳香環を有する化合物を組成物の固形分に対し20wt%以下の添加量で用いることが好ましい。
好ましい溶解制御化合物としてはアダマンタン(ジ)カルボン酸、ノルボルナンカルボン酸、コール酸などの脂環炭化水素構造を有するカルボン酸化合物、またはそのカルボン酸を酸分解性保護基で保護した化合物、糖類などのポリオール、またはその水酸基を酸分解性保護基で保護した化合物が好ましい。
溶解制御化合物の分子量は、3000以下であり、好ましくは300〜3000、更に好ましくは500〜2500である。
溶解制御化合物の添加量は、レジスト組成物の固形分に対し、好ましくは3〜40質量%であり、より好ましくは5〜20質量%である。
以下に溶解制御化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
塩基性化合物
本発明のレジスト組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減あるいは、露光によって発生した酸の膜中拡散性を制御するために、塩基性化合物を含有することが好ましい。
本発明のレジスト組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減あるいは、露光によって発生した酸の膜中拡散性を制御するために、塩基性化合物を含有することが好ましい。
塩基性化合物としては含窒素塩基性化合物、オニウム塩化合物を挙げることができる。
好ましい含窒素塩基性化合物の構造として、下記一般式(A)〜(E)で示される部分構造を有する化合物を挙げることができる。
好ましい含窒素塩基性化合物の構造として、下記一般式(A)〜(E)で示される部分構造を有する化合物を挙げることができる。
一般式(A)に於いて、
R250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル、炭素数3〜20のシクロアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基であり、R250とR251は互いに結合して環を形成してもよい。これらは、置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基又は炭素数3〜20のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基又は炭素数3〜20のヒドロキシシクロアルキル基が好ましい。
また、これらはアルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでも良い。
一般式(E)に於いて、
R253、R254、R255及びR256は、各々独立に、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数3〜6のシクロアルキル基を示す。
R250、R251及びR252は、各々独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル、炭素数3〜20のシクロアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基であり、R250とR251は互いに結合して環を形成してもよい。これらは、置換基を有していてもよく、置換基を有するアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基又は炭素数3〜20のアミノシクロアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基又は炭素数3〜20のヒドロキシシクロアルキル基が好ましい。
また、これらはアルキル鎖中に酸素原子、硫黄原子、窒素原子を含んでも良い。
一般式(E)に於いて、
R253、R254、R255及びR256は、各々独立に、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数3〜6のシクロアルキル基を示す。
好ましい化合物として、グアニジン、アミノピロリジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピペラジン、アミノモルホリン、アミノアルキルモルフォリン、ピペリジンを挙げることができ、置換基を有していてもよい。更に好ましい化合物として、イミダゾール構造、ジアザビシクロ構造、オニウムヒドロキシド構造、オニウムカルボキシレート構造、トリアルキルアミン構造、アニリン構造又はピリジン構造を有する化合物、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体、水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体等を挙げることができる。
イミダゾール構造を有する化合物としては、イミダゾール、2、4、5−トリフェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール等を挙げることができる。ジアザビシクロ構造を有する化合物としては、1、4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1、5−ジアザビシクロ[4,3,0]ノナ−5−エン、1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−7−エン等を挙げることができる。オニウムヒドロキシド構造を有する化合物としては、トリアリールスルホニウムヒドロキシド、フェナシルスルホニウムヒドロキシド、2−オキソアルキル基を有するスルホニウムヒドロキシド、具体的にはトリフェニルスルホニウムヒドロキシド、トリス(t−ブチルフェニル)スルホニウムヒドロキシド、ビス(t−ブチルフェニル)ヨードニウムヒドロキシド、フェナシルチオフェニウムヒドロキシド、2−オキソプロピルチオフェニウムヒドロキシド等を挙げることができる。オニウムカルボキシレート構造を有する化合物としては、オニウムヒドロキシド構造を有する化合物のアニオン部がカルボキシレートになったものであり、例えばアセテート、アダマンタン−1−カルボキシレート、パーフロロアルキルカルボキシレート等を挙げることができる。トリアルキルアミン構造を有する化合物としては、トリ(n−ブチル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン等を挙げることができる。アニリン化合物としては、2,6−ジイソプロピルアニリン、N,N−ジメチルアニリン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアルキルアミン誘導体としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリス(メトキシエトキシエチル)アミン等を挙げることができる。水酸基及び/又はエーテル結合を有するアニリン誘導体としては、N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アニリン等を挙げることができる。
これらの塩基性化合物は、単独であるいは2種以上で用いられる。塩基性化合物の使用量は、レジスト組成物の固形分を基準として、通常0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%である。十分な添加効果を得る上で0.001質量%以上が好ましく、感度や非露光部の現像性の点で10質量%以下が好ましい。
フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤
本発明のレジスト組成物は、更に、フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤及びフッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性
剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明のレジスト組成物がフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
本発明のレジスト組成物は、更に、フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤(フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤及びフッ素原子と珪素原子の両方を含有する界面活性
剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することが好ましい。
本発明のレジスト組成物がフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤を含有することにより、250nm以下、特に220nm以下の露光光源の使用時に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥の少ないレジストパターンを与えることが可能となる。
これらのフッ素及び/又はシリコン系界面活性剤として、例えば特開昭62−36663号公報、特開昭61−226746号公報、特開昭61−226745号公報、特開昭62−170950号公報、特開昭63−34540号公報、特開平7−230165号公報、特開平8−62834号公報、特開平9−54432号公報、特開平9−5988号公報、特開2002−277862号公報、米国特許第5405720号明細書、同5360692号明細書、同5529881号明細書、同5296330号明細書、同5436098号明細書、同5576143号明細書、同5294511号明細書、同5824451号明細書記載の界面活性剤を挙げることができ、下記市販の界面活性剤をそのまま用いることもできる。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(大日本インキ化学工業(株)製)、サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。またポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)もシリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、界面活性剤としては、上記に示すような公知のものの他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)もしくはオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を有する重合体を用いた界面活性剤を用いることが出来る。フルオロ脂肪族化合物は、特開2002−90991号公報に記載された方法によって合成することが出来る。
フルオロ脂肪族基を有する重合体としては、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート及び/又は(ポリ(オキシアルキレン))メタクリレートとの共重合体が好ましく、不規則に分布していても、ブロック共重合していてもよい。また、ポリ(オキシアルキレン)基としては、ポリ(オキシエチレン)基、ポリ(オキシプロピレン)基、ポリ(オキシブチレン)基などが挙げられ、また、ポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとオキシエチレンとのブロック連結体)やポリ(オキシエチレンとオキシプロピレンとのブロック連結体)など同じ鎖長内に異なる鎖長のアルキレンを有するようなユニットでもよい。さらに、フルオロ脂肪族基を有するモノマーと(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体は2元共重合体ばかりでなく、異なる2種以上のフルオロ脂肪族基を有するモノマーや、異なる2種以上の(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)などを同時に共重合した3元系以上の共重合体でもよい。
例えば、市販の界面活性剤として、メガファックF178、F−470、F−473、F−475、F−476、F−472(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。さらに、C6F13基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C6F13基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C8F17基を有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシアルキレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、C8F17基を
有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
有するアクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシエチレン))アクリレート(又はメタクリレート)と(ポリ(オキシプロピレン))アクリレート(又はメタクリレート)との共重合体、などを挙げることができる。
フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤の使用量は、レジスト組成物の全量(溶剤を除く)に対して、好ましくは0.0001〜2質量%、より好ましくは0.001〜1質量%である。
溶剤
本発明のレジスト組成物は、各成分を所定の溶剤に溶解して用いる。
使用し得る溶剤としては、例えば、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等の有機溶剤を挙げることができる。
本発明のレジスト組成物は、各成分を所定の溶剤に溶解して用いる。
使用し得る溶剤としては、例えば、エチレンジクロライド、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−メトキシエチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン等の有機溶剤を挙げることができる。
本発明において、溶剤としては、単独で用いても混合して用いても良いが、異なる官能基を有する2種以上の溶剤を含有する混合溶剤を用いることが好ましい。これにより素材の溶解性が高まり、経時におけるパーティクルの発生が抑制できるだけでなく、良好なパターンプロファイルが得られる。溶剤が含有する好ましい官能基としては、エステル基、ラクトン基、水酸基、ケトン基、カーボネート基が挙げられる。異なる官能基を有する混合溶剤としては以下の(S1)〜(S5)の混合溶剤が好ましい。
(S1)水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤、
(S2)エステル構造を有する溶剤とケトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S3)エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S4)エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S5)エステル構造を有する溶剤とカーボネート構造を有する溶剤と水酸基を含有する混合溶剤。
これによりレジスト液保存時のパーティクル発生を軽減でき、また、塗布時の欠陥の発生を抑制することができる。
(S1)水酸基を含有する溶剤と、水酸基を含有しない溶剤とを混合した混合溶剤、
(S2)エステル構造を有する溶剤とケトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S3)エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S4)エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤とを混合した混合溶剤、
(S5)エステル構造を有する溶剤とカーボネート構造を有する溶剤と水酸基を含有する混合溶剤。
これによりレジスト液保存時のパーティクル発生を軽減でき、また、塗布時の欠陥の発生を抑制することができる。
水酸基を含有する溶剤としては、例えば、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、乳酸エチル等を挙げることができ、これらの内でプロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチルが特に好ましい。
水酸基を含有しない溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、シクロヘキサノンが特に好ましい。
ケトン構造を有する溶剤としてはシクロヘキサノン、2−ヘプタノンなどが挙げられ、好ましくはシクロヘキサノンである。
エステル構造を有する溶剤としてはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、酢酸ブチルなどが挙げられ、好ましくはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである。
ラクトン構造を有する溶剤としてはγ−ブチロラクトンが挙げられる。
カーボネート構造を有する溶剤としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネートが挙げられ、好ましくはプロピレンカーボネートである。
水酸基を含有しない溶剤としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができ、これらの内で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチルが特に好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、シクロヘキサノンが特に好ましい。
ケトン構造を有する溶剤としてはシクロヘキサノン、2−ヘプタノンなどが挙げられ、好ましくはシクロヘキサノンである。
エステル構造を有する溶剤としてはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルエトキシプロピオネート、酢酸ブチルなどが挙げられ、好ましくはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである。
ラクトン構造を有する溶剤としてはγ−ブチロラクトンが挙げられる。
カーボネート構造を有する溶剤としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネートが挙げられ、好ましくはプロピレンカーボネートである。
水酸基を含有する溶剤と水酸基を含有しない溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは20/80〜60/40である。水酸基を含有しない溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
エステル構造を有する溶剤とケトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは40/60〜80/20である。エステル構造を有する溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、70/30〜99/1、好ましくは80/20〜99/1、更に好ましくは90/10〜99/1である。エステル構造を有する溶剤を70質量%以上含有する混合溶剤が経時安定性の点で特に好ましい。
エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、ラクトン構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を含有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
エステル構造を有する溶剤とカーボネート構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、カーボネート構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を含有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
エステル構造を有する溶剤とケトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、1/99〜99/1、好ましくは10/90〜90/10、更に好ましくは40/60〜80/20である。エステル構造を有する溶剤を50質量%以上含有する混合溶剤が塗布均一性の点で特に好ましい。
エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤との混合比(質量)は、70/30〜99/1、好ましくは80/20〜99/1、更に好ましくは90/10〜99/1である。エステル構造を有する溶剤を70質量%以上含有する混合溶剤が経時安定性の点で特に好ましい。
エステル構造を有する溶剤とラクトン構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、ラクトン構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を含有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
エステル構造を有する溶剤とカーボネート構造を有する溶剤と水酸基を含有する溶剤を混合する際は、エステル構造を有する溶剤を30〜80質量%、カーボネート構造を有する溶剤を1〜20質量%、水酸基を含有する溶剤を10〜60質量%含有することが好ましい。
これら溶剤の好ましい様態としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレート(好ましくはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を含有する溶剤であり、より好ましくは、アルキレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートと、他の溶剤の混合溶剤であり、他の溶剤が水酸基、ケトン基、ラクトン基、エステル基、エーテル基、カーボネート基から選ばれる官能基を少なくとも1つ有する溶剤から選ばれる少なくとも1種類の溶剤である。特に好ましい混合溶剤は、乳酸エチル、γブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ブチル、シクロヘキサノンから選ばれる少なくとも1種類と、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの混合溶剤である。
最適な溶剤を選択することにより現像欠陥性能を改良することができる。
最適な溶剤を選択することにより現像欠陥性能を改良することができる。
<その他の添加剤>
本発明のレジスト組成物には、必要に応じてさらに染料、可塑剤、前記フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤以外の界面活性剤、光増感剤、及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物等を含有させることができる。
本発明のレジスト組成物には、必要に応じてさらに染料、可塑剤、前記フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤以外の界面活性剤、光増感剤、及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物等を含有させることができる。
本発明で使用できる現像液に対する溶解促進性化合物は、フェノール性OH基を2個以上、又はカルボキシ基を1個以上有する分子量1,000以下の低分子化合物である。カルボキシ基を有する場合は脂環族又は脂肪族化合物が好ましい。
これら溶解促進性化合物の好ましい添加量は、酸分解性樹脂に対して2〜50質量%であり、さらに好ましくは5〜30質量%である。現像残渣抑制、現像時パターン変形防止の点で50質量%以下が好ましい。
このような分子量1000以下のフェノール化合物は、例えば、特開平4−122938号、特開平2−28531号、米国特許第4916210号、欧州特許第219294号等に記載の方法を参考にして、当業者において容易に合成することができる。
カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物の具体例としてはコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸などのステロイド構造を有するカルボン酸誘導体、アダマンタンカルボン酸誘導体、アダマンタンジカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
本発明においては、フッ素及び/又はシリコン系界面活性剤以外の他の界面活性剤を加えることもできる。具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタン脂肪族エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪族エステル類等のノニオン系界面活性剤を挙げることができる。
これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また、いくつかの組み合わせで添加することもできる。
(パターン形成方法)
本発明のレジスト組成物は、各成分を所定の溶剤、好ましくは前記混合溶剤に溶解し、フィルター濾過した後、次のように所定の支持体上に塗布して用いる。フィルター濾過に用いるフィルターは0.1ミクロン以下、より好ましくは0.05ミクロン以下、更に好ましくは0.03ミクロン以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。
本発明のレジスト組成物は、各成分を所定の溶剤、好ましくは前記混合溶剤に溶解し、フィルター濾過した後、次のように所定の支持体上に塗布して用いる。フィルター濾過に用いるフィルターは0.1ミクロン以下、より好ましくは0.05ミクロン以下、更に好ましくは0.03ミクロン以下のポリテトラフロロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。
例えば、レジスト組成物を精密集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布、乾燥し、感光性膜を形成する。
当該感光性膜に、所定のマスクを通して活性光線又は放射線を照射し、好ましくはベーク(加熱)を行い、現像、リンスする。これにより良好なパターンを得ることができる。
活性光線又は放射線の照射時に感光性膜とレンズの間に空気よりも屈折率の高い液体(液浸媒体)を満たして露光(液浸露光)を行ってもよい。これにより解像性を高めることができる。用いる液浸媒体としては空気よりも屈折率の高い液体であればいずれのものでも用いることができるが好ましくは純水である。また、液浸露光を行なう際に液浸媒体と感光性膜が直接触れ合わないようにするために感光性膜の上にさらにオーバーコート層を設けても良い。これにより感光性膜から液浸媒体への組成物の溶出が抑えられ、現像欠陥が低減する。
当該感光性膜に、所定のマスクを通して活性光線又は放射線を照射し、好ましくはベーク(加熱)を行い、現像、リンスする。これにより良好なパターンを得ることができる。
活性光線又は放射線の照射時に感光性膜とレンズの間に空気よりも屈折率の高い液体(液浸媒体)を満たして露光(液浸露光)を行ってもよい。これにより解像性を高めることができる。用いる液浸媒体としては空気よりも屈折率の高い液体であればいずれのものでも用いることができるが好ましくは純水である。また、液浸露光を行なう際に液浸媒体と感光性膜が直接触れ合わないようにするために感光性膜の上にさらにオーバーコート層を設けても良い。これにより感光性膜から液浸媒体への組成物の溶出が抑えられ、現像欠陥が低減する。
感光性膜を形成する前に、基板上に予め反射防止膜を塗設してもよい。
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、アモルファスシリコン等の無機膜型と、吸光剤とポリマー材料からなる有機膜型のいずれも用いることができる。また、有機反射防止膜として、ブリューワーサイエンス社製のDUV30シリーズや、DUV−40シリーズ、シプレー社製のAR−2、AR−3、AR−5等の市販の有機反射防止膜を使用することもできる。
活性光線又は放射線としては、赤外光、可視光、紫外光、遠紫外光、X線、電子線等を挙げることができるが、好ましくは250nm以下、より好ましくは220nm以下の波
長の遠紫外光、具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、X線、電子ビーム等であり、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(13nm)、電子ビームが好ましい。
長の遠紫外光、具体的には、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、F2エキシマレーザー(157nm)、X線、電子ビーム等であり、ArFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(13nm)、電子ビームが好ましい。
現像工程では、アルカリ現像液を次のように用いる。レジスト組成物のアルカリ現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピヘリジン等の環状アミン類等のアルカリ性水溶液を使用することができる。
さらに、上記アルカリ現像液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
さらに、上記アルカリ現像液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
以下、実施例により、本発明を説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
合成例1
窒素気流下、メチルエチルケトン48gを3つ口フラスコに入れ、これを80℃に加熱した。これに、ノルボルナンラクトンアクリレート41.6g、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート25.2g、2−(1−アダマンチル)プロピル−2−メタクリレート52.5g、重合開始剤V−601(和光純薬製)をモノマーに対し8mol%をメチルエチルケトン430gに溶解させた溶液を6時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに80℃で2時間反応させろことにより下記構造を有する樹脂(A)の反応液を得た。反応液中の樹脂(A)の重量平均分子量は、標準ポリスチレン換算で9100、分散度(Mw/Mn)は、1.90であった。
窒素気流下、メチルエチルケトン48gを3つ口フラスコに入れ、これを80℃に加熱した。これに、ノルボルナンラクトンアクリレート41.6g、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート25.2g、2−(1−アダマンチル)プロピル−2−メタクリレート52.5g、重合開始剤V−601(和光純薬製)をモノマーに対し8mol%をメチルエチルケトン430gに溶解させた溶液を6時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに80℃で2時間反応させろことにより下記構造を有する樹脂(A)の反応液を得た。反応液中の樹脂(A)の重量平均分子量は、標準ポリスチレン換算で9100、分散度(Mw/Mn)は、1.90であった。
反応液をメチルエチルケトンにより10質量%に希釈し、樹脂溶液(A)を調製した。
本発明の方法による樹脂(A−a)、(A−b1)、(A−b2)の製造方法
調製した樹脂溶液(A)を使用し、以下の手法a、b1、b2を用いて樹脂(A−a)、(A−b1)、(A−b2)を製造した。
(手法a)樹脂溶液(A)120gにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪
拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−a)を得た。
除去された粘調物成分の重量平均分子量は14600、得られた樹脂(A−a)の重量平均分子量は8640、分散度は1.64であった。
(手法b1)樹脂溶液(A)120gにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪拌しているヘキサン1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−b1)を得た。
除去された粘調物成分の重量平均分子量は14700、得られた樹脂(A−b1)の重量平均分子量は8520、分散度は1.68であった。
(手法b2)再沈殿に用いる溶剤をヘキサン1200mlからヘキサン/酢酸エチル=50/50(質量比)の混合溶剤1200mlに変更したほかは手法b1と同じ方法を用いて樹脂(A−b2)を得た。
除去された粘調物成分の重量平均分子量は14500、得られた樹脂(A−b2)の重量平均分子量は9560、分散度は1.36であった。
調製した樹脂溶液(A)を使用し、以下の手法a、b1、b2を用いて樹脂(A−a)、(A−b1)、(A−b2)を製造した。
(手法a)樹脂溶液(A)120gにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪
拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−a)を得た。
除去された粘調物成分の重量平均分子量は14600、得られた樹脂(A−a)の重量平均分子量は8640、分散度は1.64であった。
(手法b1)樹脂溶液(A)120gにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪拌しているヘキサン1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−b1)を得た。
除去された粘調物成分の重量平均分子量は14700、得られた樹脂(A−b1)の重量平均分子量は8520、分散度は1.68であった。
(手法b2)再沈殿に用いる溶剤をヘキサン1200mlからヘキサン/酢酸エチル=50/50(質量比)の混合溶剤1200mlに変更したほかは手法b1と同じ方法を用いて樹脂(A−b2)を得た。
除去された粘調物成分の重量平均分子量は14500、得られた樹脂(A−b2)の重量平均分子量は9560、分散度は1.36であった。
従来の方法による樹脂(A−c)、(A−d)、(A−e)の製造方法(比較方法)
調製した樹脂溶液(A)を使用し、以下の手法c、dを用いて樹脂(A−c)、(A−d)を製造した。
また、以下の手法eを用いて樹脂(A−e)を製造した。
(手法c)樹脂溶液(A)120gを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−c)を得た。
(手法d)樹脂溶液(A)120gを攪拌しているヘキサン1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−d)を得た。
(手法e)重合開始剤V−601をモノマーに対し12mol%用いた他は合成例1と同じ操作で、反応液を得た。反応液120gを酢酸エチル/ヘキサン=5/5(質量比)の混合溶剤1200mlに注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−e)を得た。
調製した樹脂溶液(A)を使用し、以下の手法c、dを用いて樹脂(A−c)、(A−d)を製造した。
また、以下の手法eを用いて樹脂(A−e)を製造した。
(手法c)樹脂溶液(A)120gを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−c)を得た。
(手法d)樹脂溶液(A)120gを攪拌しているヘキサン1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−d)を得た。
(手法e)重合開始剤V−601をモノマーに対し12mol%用いた他は合成例1と同じ操作で、反応液を得た。反応液120gを酢酸エチル/ヘキサン=5/5(質量比)の混合溶剤1200mlに注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−e)を得た。
従来の方法によって得られた樹脂(A−c)を使用した本発明による樹脂(A−f)の製造方法
(手法f)(手法c)の方法で得られた樹脂(A−c)をメチルエチルケトンに溶解させ10質量%の溶液120gを作成した。これにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−f)を得た。除去された粘調物成分の重量平均分子量は15000、得られた樹脂(A−f)の重量平均分子量は8600、分散度は1.60であった。
(手法f)(手法c)の方法で得られた樹脂(A−c)をメチルエチルケトンに溶解させ10質量%の溶液120gを作成した。これにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(A−f)を得た。除去された粘調物成分の重量平均分子量は15000、得られた樹脂(A−f)の重量平均分子量は8600、分散度は1.60であった。
得られた樹脂(A−a)〜(A−f)の重量平均分子量、分散度を下記表1に示す。
本発明の手法a、b1によって得られた樹脂(A−a)、(A−b1)は、除去された成分の重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より大きく、且つ、得られた樹脂(A−a)、(A−b1)の重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より小さく、分散度が狭くなっていることから、高分子成分が選択的に除去されていることが分かる。樹脂(A−b2)は、除去された成分の重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より大きく、分散度が(A−b1)に比べ極めて狭くなっていることから、本発明の方法により高分子量成分を除去し、更に再沈殿溶剤に酢酸エチルの混合溶剤を使用することにより低分子成分をも選択的に除去し得たことが分かる。
従来の手法c、dによって得られた樹脂(A−c)、(A−d)は、重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より大きく、分散度が狭くなっていることから、低
分子成分が選択的に除去されていることが分かる。
樹脂(A−e)は、従来の手法を用い、再沈殿溶剤に酢酸エチルの混合溶剤を使用して低分子成分を選択的に除去することにより、重量平均分子量、分散度が樹脂(A−a)、(A−b1)と同程度となったものであることが分かる。
樹脂(A−f)は、従来手法で得られた樹脂(A−c)を再度溶剤に溶解させ本発明の方法を適用したものである。除去された成分の重量平均分子量が樹脂(A−c)の重量平均分子量より大きく、且つ、得られた樹脂(A−f)の重量平均分子量が樹脂(A−c)の重量平均分子量より小さく、分散度が狭くなっていることから、高分子成分が選択的に除去されていることが分かる。
本発明の手法a、b1によって得られた樹脂(A−a)、(A−b1)は、除去された成分の重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より大きく、且つ、得られた樹脂(A−a)、(A−b1)の重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より小さく、分散度が狭くなっていることから、高分子成分が選択的に除去されていることが分かる。樹脂(A−b2)は、除去された成分の重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より大きく、分散度が(A−b1)に比べ極めて狭くなっていることから、本発明の方法により高分子量成分を除去し、更に再沈殿溶剤に酢酸エチルの混合溶剤を使用することにより低分子成分をも選択的に除去し得たことが分かる。
従来の手法c、dによって得られた樹脂(A−c)、(A−d)は、重量平均分子量が樹脂(A)の反応液の重量平均分子量より大きく、分散度が狭くなっていることから、低
分子成分が選択的に除去されていることが分かる。
樹脂(A−e)は、従来の手法を用い、再沈殿溶剤に酢酸エチルの混合溶剤を使用して低分子成分を選択的に除去することにより、重量平均分子量、分散度が樹脂(A−a)、(A−b1)と同程度となったものであることが分かる。
樹脂(A−f)は、従来手法で得られた樹脂(A−c)を再度溶剤に溶解させ本発明の方法を適用したものである。除去された成分の重量平均分子量が樹脂(A−c)の重量平均分子量より大きく、且つ、得られた樹脂(A−f)の重量平均分子量が樹脂(A−c)の重量平均分子量より小さく、分散度が狭くなっていることから、高分子成分が選択的に除去されていることが分かる。
合成例2
窒素気流下、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート16g、プロピレングリコールメチルエーテル11gを3つ口フラスコに入れこれを80℃に加熱した。これに、ノルボルナンラクトンアクリレート25.0g、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート15.1g、2−(1−アダマンチル)プロピル−2−メタクリレート23.1g、メタクリル酸2.6g、重合開始剤V−601(和光純薬製)をモノマーに対し10mol%をプロピレングリコールメチルエーテルアセテート143g、プロピレングリコールメチルエーテル95.5gに溶解させた溶液を6時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに80℃で2時間反応させた。反応液をヘキサン/酢酸エチル=1/9(質量比)の混合溶剤2500mlに注ぎ、粉体を回収し、下記構造の樹脂(B)を得た。樹脂(B)の重量平均分子量は標準ポリスチレン換算で6820、分散度(Mw/Mn)は1.79であった。
窒素気流下、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート16g、プロピレングリコールメチルエーテル11gを3つ口フラスコに入れこれを80℃に加熱した。これに、ノルボルナンラクトンアクリレート25.0g、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート15.1g、2−(1−アダマンチル)プロピル−2−メタクリレート23.1g、メタクリル酸2.6g、重合開始剤V−601(和光純薬製)をモノマーに対し10mol%をプロピレングリコールメチルエーテルアセテート143g、プロピレングリコールメチルエーテル95.5gに溶解させた溶液を6時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに80℃で2時間反応させた。反応液をヘキサン/酢酸エチル=1/9(質量比)の混合溶剤2500mlに注ぎ、粉体を回収し、下記構造の樹脂(B)を得た。樹脂(B)の重量平均分子量は標準ポリスチレン換算で6820、分散度(Mw/Mn)は1.79であった。
得られた樹脂(B)をプロピレングリコールメチルエーテルアセテート/プロピレングリコールメチルエーテル=6/4(質量比)の混合溶剤に溶解させ、20質量%の樹脂溶液(B)を調製した。
本発明の方法による樹脂(B−f)、(B−g)、(B−h)の製造方法
調製した樹脂溶液(B)を使用し、以下の手法f、g、hを用いて樹脂を製造した。
(手法f)攪拌している樹脂溶液(B)50gに酢酸エチル60mlを徐々に加え、析出した粉体を0.2ミクロンのポリテトラフロロエチレンフィルターでろ別した。ろ液をヘキサン/酢酸エチル=1/9(質量比)の混合液500mlに注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体を回収し、樹脂(B−f)を得た。
(手法g)樹脂溶液(B)50gに酢酸エチル60mlの代わりに酢酸エチル120mlを加えた他は、手法fと同じ方法を用いて樹脂(B−f)を得た。
(手法h)樹脂溶液(B)50gに酢酸エチル60mlの代わりにメタノール80mlを加えた他は、手法fと同じ方法を用いて樹脂(B−h)を得た。
調製した樹脂溶液(B)を使用し、以下の手法f、g、hを用いて樹脂を製造した。
(手法f)攪拌している樹脂溶液(B)50gに酢酸エチル60mlを徐々に加え、析出した粉体を0.2ミクロンのポリテトラフロロエチレンフィルターでろ別した。ろ液をヘキサン/酢酸エチル=1/9(質量比)の混合液500mlに注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体を回収し、樹脂(B−f)を得た。
(手法g)樹脂溶液(B)50gに酢酸エチル60mlの代わりに酢酸エチル120mlを加えた他は、手法fと同じ方法を用いて樹脂(B−f)を得た。
(手法h)樹脂溶液(B)50gに酢酸エチル60mlの代わりにメタノール80mlを加えた他は、手法fと同じ方法を用いて樹脂(B−h)を得た。
得られた樹脂(B−f)〜(B−h)の重量平均分子量、分散度を下記表2に示す。
本発明の手法f,g,hによって得られた樹脂(B−f)、(B−g)、(B−h)は、高分子量成分が除去されていることが分かる。
本発明の手法f,g,hによって得られた樹脂(B−f)、(B−g)、(B−h)は、高分子量成分が除去されていることが分かる。
合成例1と同様にして、下記構造を有する樹脂(C)〜(H)の反応液(C)〜(H)を得た。
尚、樹脂(C)〜(H)を合成する際に、後記表3に示すように、重合開始剤の使用量を変化させて、各樹脂の重量平均分子量を調整した。
尚、樹脂(C)〜(H)を合成する際に、後記表3に示すように、重合開始剤の使用量を変化させて、各樹脂の重量平均分子量を調整した。
反応液(C)〜(H)をメチルエチルケトンにより10質量%に希釈し、樹脂溶液(C)〜(H)を調製した。
調製した樹脂溶液(C)〜(H)を使用し、以下の手法iを用いて本発明方法による樹脂(C−i)、(D−i)、(E−i)、(F−i)、(G−i)、(H−i)を製造した。
(手法i)樹脂溶液(C)〜(H)120gにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物または粉体が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(C−i)、(D−i)、(E−i)、(F−i)、(G−i)、(H−i)を得た。
(手法i)樹脂溶液(C)〜(H)120gにメタノール180gを徐々に加えたところ、粘調物または粉体が沈殿した。デカンテーションにより粘調物を除いたポリマー溶液を回収し、これを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(C−i)、(D−i)、(E−i)、(F−i)、(G−i)、(H−i)を得た。
調製した樹脂溶液(C)〜(H)を使用し、以下の手法jを用いて比較方法による樹脂(C−j)、(D−j)、(E−j)、(F−j)、(G−j)、(H−j)を製造した。
(手法j)樹脂溶液(C)〜(H)120gを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(C−j)、(D−j)、(E−j)、(F−j)、(G−j)、(H−j)を得た。
(手法j)樹脂溶液(C)〜(H)120gを攪拌している蒸留水1200ml中に注ぎ、再沈殿を行った。析出した粉体をろ取、水洗、乾燥し、樹脂(C−j)、(D−j)、(E−j)、(F−j)、(G−j)、(H−j)を得た。
得られた樹脂(C−i)〜(H−j)の重量平均分子量、分散度を下記表3に示す。
本発明の手法iによって得られた樹脂(C−i)、(D−i)、(E−i)、(F−i)、(G−i)、(H−i)は、高分子量成分が除去されていることが分かる。
本発明の手法iによって得られた樹脂(C−i)、(D−i)、(E−i)、(F−i)、(G−i)、(H−i)は、高分子量成分が除去されていることが分かる。
実施例1〜13及び比較例1〜10
<レジスト調製>
下記表4に示す成分を溶剤に溶解させ固形分濃度6質量%の溶液を調製し、これを0.02mのポリエチレンフィルターでろ過してポジ型レジスト溶液を調製した。
<レジスト調製>
下記表4に示す成分を溶剤に溶解させ固形分濃度6質量%の溶液を調製し、これを0.02mのポリエチレンフィルターでろ過してポジ型レジスト溶液を調製した。
<パターン倒れ評価>
スピンコーターにてヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上にブリューワーサイエンス社製反射防止膜DUV−42を600オングストローム均一に塗布し、100℃で90秒間ホットプレート上で乾燥した後、190℃で240秒間加熱乾燥を行った。その後、各ポジ型レジスト溶液をスピンコーターで塗布し、120℃で60秒乾燥を行い、160nmのレジスト膜を形成させた。
このレジスト膜に対し、マスクを通してArFエキシマレーザーステッパー(ASML社製 NA=0.75、2/3輪帯)で露光し、露光後直ぐに120℃で60秒間ホットプレート上で加熱した。さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、乾燥し、ラインパターンを形成させた。
75nmライン/90nmスペースのマスクパターンを再現する露光量を最適露光量とし、最適露光量からさらに露光量を増大させて形成されるラインパターンの線幅を細らせた際に、パターンが倒れずに解像する線幅をもって定義した。値が小さいほど、より微細なパターンが倒れずに解像することを表し、パターン倒れが発生しにくく、解像力が高いことを示す。
評価結果を表4に示す。
スピンコーターにてヘキサメチルジシラザン処理を施したシリコン基板上にブリューワーサイエンス社製反射防止膜DUV−42を600オングストローム均一に塗布し、100℃で90秒間ホットプレート上で乾燥した後、190℃で240秒間加熱乾燥を行った。その後、各ポジ型レジスト溶液をスピンコーターで塗布し、120℃で60秒乾燥を行い、160nmのレジスト膜を形成させた。
このレジスト膜に対し、マスクを通してArFエキシマレーザーステッパー(ASML社製 NA=0.75、2/3輪帯)で露光し、露光後直ぐに120℃で60秒間ホットプレート上で加熱した。さらに2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後、乾燥し、ラインパターンを形成させた。
75nmライン/90nmスペースのマスクパターンを再現する露光量を最適露光量とし、最適露光量からさらに露光量を増大させて形成されるラインパターンの線幅を細らせた際に、パターンが倒れずに解像する線幅をもって定義した。値が小さいほど、より微細なパターンが倒れずに解像することを表し、パターン倒れが発生しにくく、解像力が高いことを示す。
評価結果を表4に示す。
<現像欠陥評価>
各ポジ型レジスト溶液をスピンコーターによりヘキサメチルジシラザン処理を施した6インチのシリコン基板上に均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレート上で加熱、乾燥を行い、150nmのレジスト膜を形成した。このレジスト膜を、露光せずに110℃で90秒間ホットプレート上で加熱した。更に2.38重量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後
、乾燥した。このようにして得られたサンプルウェハーを、KLA2112機(KLAテンコール(株)製)により現像欠陥数を測定した(Threshold12、Pixcel Size=0.39)。
評価結果を表4に示す。
各ポジ型レジスト溶液をスピンコーターによりヘキサメチルジシラザン処理を施した6インチのシリコン基板上に均一に塗布し、120℃で90秒間ホットプレート上で加熱、乾燥を行い、150nmのレジスト膜を形成した。このレジスト膜を、露光せずに110℃で90秒間ホットプレート上で加熱した。更に2.38重量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃で60秒間現像し、30秒間純水にてリンスした後
、乾燥した。このようにして得られたサンプルウェハーを、KLA2112機(KLAテンコール(株)製)により現像欠陥数を測定した(Threshold12、Pixcel Size=0.39)。
評価結果を表4に示す。
以下、表中の略号を示す。
〔塩基性化合物〕
TPSA:トリフェニルスルホニウムアセテート
DIA:2,6−ジイソプロピルアニリン
TEA:トリエタノールアミン
PBI:2−フェニルベンズイミダゾール
TMEA:トリス(メトキシエトキシエチル)アミン
PEA:N−フェニルジエタノールアミン
TPSA:トリフェニルスルホニウムアセテート
DIA:2,6−ジイソプロピルアニリン
TEA:トリエタノールアミン
PBI:2−フェニルベンズイミダゾール
TMEA:トリス(メトキシエトキシエチル)アミン
PEA:N−フェニルジエタノールアミン
〔界面活性剤〕
W−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素系)
W−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素及びシリコン系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)(シリコン系)
W−4:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)(シリコン系)
W−1:メガファックF176(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素系)
W−2:メガファックR08(大日本インキ化学工業(株)製)(フッ素及びシリコン系)
W−3:ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)(シリコン系)
W−4:トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製)(シリコン系)
〔溶剤〕
S1:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
S2:2−ヘプタノン
S3:シクロヘキサノン
S4:γ−ブチロラクトン
S5:プロピレングリコールメチルエーテル
S6:乳酸エチル
S7:プロピレンカーボネート
S1:プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
S2:2−ヘプタノン
S3:シクロヘキサノン
S4:γ−ブチロラクトン
S5:プロピレングリコールメチルエーテル
S6:乳酸エチル
S7:プロピレンカーボネート
表4から、本発明の製造方法により製造された樹脂を含有するレジスト組成物は、従来の製造方法により製造された樹脂を含有するレジスト組成物に比較して、現像欠陥、パターン倒れが改良されていることが分かる。
(液浸露光)
<ポジ型レジスト溶液の調製>
表4に記載の成分を溶剤に溶解させ固形分濃度6質量%の溶液を調製し、これを0.03μmのポリエチレンフィルターで濾過してポジ型レジスト溶液を調製し、下記の方法で評価した。
<ポジ型レジスト溶液の調製>
表4に記載の成分を溶剤に溶解させ固形分濃度6質量%の溶液を調製し、これを0.03μmのポリエチレンフィルターで濾過してポジ型レジスト溶液を調製し、下記の方法で評価した。
<解像性評価>
シリコンウエハー上に有機反射防止膜ARC29A(日産化学社製)を塗布し、205℃、60秒ベークを行い、78nmの反射防止膜を形成した。その上に調製したポジ型レジスト溶液を塗布し、115℃、60秒ベークを行い140nmのレジスト膜を形成した。こうして得られたウエハーを液浸液としては純水を使用し、2光束干渉露光を行った(ウェット露光)。尚、2光束干渉露光(ウエット)では、図1に示すように、レーザー1、絞り2、シャッター3、3枚の反射ミラー4、5、6、集光レンズ7を使用し、プリズム8、液浸液(純水)9を介して反射防止膜及びレジスト膜を有するウエハー10に露光を行った。レーザー1の波長は、193nmを用い、65nmのラインアンドスペースパターンを形成するプリズム8を使用した。露光直後に115℃、90秒加熱した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38%)で60秒間現像し、純水でリンスした後、スピン乾燥して得たパターンについて走査型電子顕微鏡(日立製S−9260)を用い、観察した。実施例のポジ型レジスト溶液を用いたところ、65nmのラインアンドスペースパターンがパターン倒れを発生せずに解像した。比較例のポジ型レジスト溶液を用いたところ、65nmのラインアンドスペースパターンは解像するものの、一部のパターンでパターン倒れが観測された。
本発明のポジ型レジスト溶液は、液浸液を介した露光方法においても良好な画像形成能を有することが明らかである。
シリコンウエハー上に有機反射防止膜ARC29A(日産化学社製)を塗布し、205℃、60秒ベークを行い、78nmの反射防止膜を形成した。その上に調製したポジ型レジスト溶液を塗布し、115℃、60秒ベークを行い140nmのレジスト膜を形成した。こうして得られたウエハーを液浸液としては純水を使用し、2光束干渉露光を行った(ウェット露光)。尚、2光束干渉露光(ウエット)では、図1に示すように、レーザー1、絞り2、シャッター3、3枚の反射ミラー4、5、6、集光レンズ7を使用し、プリズム8、液浸液(純水)9を介して反射防止膜及びレジスト膜を有するウエハー10に露光を行った。レーザー1の波長は、193nmを用い、65nmのラインアンドスペースパターンを形成するプリズム8を使用した。露光直後に115℃、90秒加熱した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38%)で60秒間現像し、純水でリンスした後、スピン乾燥して得たパターンについて走査型電子顕微鏡(日立製S−9260)を用い、観察した。実施例のポジ型レジスト溶液を用いたところ、65nmのラインアンドスペースパターンがパターン倒れを発生せずに解像した。比較例のポジ型レジスト溶液を用いたところ、65nmのラインアンドスペースパターンは解像するものの、一部のパターンでパターン倒れが観測された。
本発明のポジ型レジスト溶液は、液浸液を介した露光方法においても良好な画像形成能を有することが明らかである。
1 レーザー
2 絞り
3 シャッター
4、5、6 反射ミラー
7 集光レンズ
8 プリズム
9 液浸液
10 反射防止膜及びレジスト膜を有するウエハー
11 ウエハーステージ
2 絞り
3 シャッター
4、5、6 反射ミラー
7 集光レンズ
8 プリズム
9 液浸液
10 反射防止膜及びレジスト膜を有するウエハー
11 ウエハーステージ
Claims (6)
- 樹脂(p1)が溶剤(s1)に溶解している樹脂溶液(ps1)に対し、該樹脂を溶解する能力の低い溶剤(s2)を接触させることにより、該樹脂の高分子量成分を析出させ、この高分子量成分を除去して、高分子量成分の除かれた樹脂溶液(ps2)を得る工程(X)を含むことを特徴とする感光性組成物用樹脂の製造方法。
- 請求項1に記載の製造方法により得られたことを特徴とするレジスト用樹脂。
- 請求項2に記載のレジスト用樹脂を含有することを特徴とするレジスト組成物。
- (A1)酸分解性樹脂及び(B)酸発生剤を含有するポジ型レジスト組成物であって、
(A1)成分が、請求項1に記載の製造方法により得られた樹脂であることを特徴とするポジ型レジスト組成物。 - (A2)アルカリ可溶性樹脂、(B)酸発生剤及び(C)酸架橋剤を含有するネガ型レジスト組成物であって、
(A2)成分が、請求項1に記載の製造方法により得られた樹脂であることを特徴とするネガ型レジスト組成物。 - 請求項3〜5のいずれかに記載のレジスト組成物により、レジスト膜を形成し、該レジスト膜を露光、現像する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006218460A JP2008038118A (ja) | 2006-08-10 | 2006-08-10 | 感光性組成物用樹脂の製造方法、この製造方法により製造されたレジスト用樹脂、該レジスト用樹脂を含有するレジスト組成物及び該レジスト組成物を用いたパターンの形成方法 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009235185A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Jsr Corp | 重合体の精製方法および重合体溶液 |
| JP2010159393A (ja) * | 2008-12-08 | 2010-07-22 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 重合体、レジスト組成物、及びパターンが形成された基板の製造方法 |
| JP2011190298A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 半導体リソグラフィー用重合体およびその製造方法 |
| JP2012031266A (ja) * | 2010-07-29 | 2012-02-16 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | リソグラフィー用共重合体およびその精製方法 |
| JP2014237847A (ja) * | 2014-08-20 | 2014-12-18 | 三菱レイヨン株式会社 | 半導体リソグラフィー用重合体およびその製造方法 |
| JP2016186079A (ja) * | 2016-05-10 | 2016-10-27 | 三菱レイヨン株式会社 | 半導体リソグラフィー用重合体およびその製造方法 |
| WO2026009931A1 (ja) * | 2024-07-02 | 2026-01-08 | 三菱ケミカル株式会社 | 高分子化合物の製造方法 |
-
2006
- 2006-08-10 JP JP2006218460A patent/JP2008038118A/ja active Pending
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