JP5560115B2 - パターン形成方法、化学増幅型レジスト組成物、及び、レジスト膜 - Google Patents
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Description
上記方法において、アルカリ現像液としては、種々のものが提案されているが、2.38質量%TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)の水系アルカリ現像液が汎用的に用いられている。
しかしながら、従来のネガ型レジストを用いたアルカリ現像によるパターン形成においては、現像におけるパターンの膨潤が主要因と推測される、線幅バラツキ(LWR)の上昇やフォーカス余裕度(DOF)の低下などの不具合が発生しやすい。
しかしながら、上記ネガ型現像工程においても、解像力、LWR、パターン形状、及び、その他諸性能の更なる改善が求められている。
本発明は、上記課題を解決し、解像力が高く、LWRを低減でき、パターン形状に優れるパターン形成方法、化学増幅型レジスト組成物及びレジスト膜を提供することを目的とする。
〔1〕
(ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物(但し、(i)酸不安定基で置換されたヒドロキシ基を有する繰り返し単位を含有する高分子化合物を含むレジスト組成物と、(ii)下記式(1)で表される繰り返し単位及び下記式(2)で表される繰り返し単位を有するポリマー、下記酸発生剤(PAG2)、下記塩基性化合物(Quencher1)、下記式(3)で表される繰り返し単位及び下記式(4)で表される繰り返し単位を有する撥水性ポリマー、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート並びにシクロヘキサノンを含むレジスト組成物とを除く)によって膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記脱離基がフッ素原子を含む、パターン形成方法。
〔2〕
(ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂(但し、下記式(5)又は(6)で表される繰り返し単位を含有するポリマーを除く)と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物によって膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記脱離基がフッ素原子を含み、
前記極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造が、
(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は
(iii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造
である、パターン形成方法。
式中、P f2 は、酸の作用により分解し脱離する1価のフッ素原子含有基を表す。
P f3 は、酸の作用により分解し脱離するz価のフッ素原子含有基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
〔3〕
上記樹脂(A)が下記一般式(I−1)〜(I−10)のいずれかで表される繰り返し
単位を有する、上記〔2〕に記載のパターン形成方法。
式中、
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii)を表してもよく、この場合、上記構造(iii)における上記一般式(c)の*は、R1、R2又はRLに連結する結合手を表す。
Pf3は、上記一般式(c)においてzが2の場合のPf3と同義である。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2が複数存在する場合、複数のR2は同じであっても異なっていてもよい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2)、(I−3)、(I−8)又は(I−10)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。RLが複数存在する場合、複数のRLは同じであっても異なっていてもよい。
RSは、置換基を表し、RSが複数存在する場合、複数のRSは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
qは、−R1−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
〔4〕
前記有機溶剤を含む現像液における有機溶剤の含有量が、前記現像液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下である、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔5〕
前記レジスト組成物の全固形分に対する前記樹脂(A)の含有量が、30〜99質量%である、上記〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔6〕
前記現像液が、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する現像液である、上記〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔7〕
更に、(エ)有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄する工程を含む、上記〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔8〕
前記工程(イ)における露光が液浸露光である、上記〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
〔9〕
(ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物によって膜を形成する工程、(イ)該膜を露光する工程、及び(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程を含むパターン形成方法に供せられる化学増幅型レジスト組成物であって、
前記化学増幅型レジスト組成物が、前記樹脂(A)、前記化合物(B)及び前記溶剤(C)を含有し、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造が、(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は(iii’)酸の作用により分解して3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c’)で表される構造であり、
前記樹脂(A)の配合量が、前記化学増幅型レジスト組成物の全固形分中、30〜99質量%である、化学増幅型レジスト組成物。
式中、Pf2は、酸の作用により分解し脱離する1価のフッ素原子含有基を表す。
Pf3’は、酸の作用により分解し脱離する3価のフッ素原子含有基を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
〔10〕
前記構造(ii)が、下記一般式(b−1)、(b−2)又は(b−3)で表される基であり、前記構造(iii’)が、下記一般式(c−3)で表される基である、〔9〕に記載の化学増幅型レジスト組成物。
一般式(b−1)中、
Rx4は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。Rx4は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx5は、1価の有機基を表す。Rx4とRx5とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、2つのRx4、及び、Rx5の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx4が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx5の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4の一方とRx5とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx4の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−2)中、
Rx4’は、水素原子又は1価の有機基を表す。
Rx5’は、各々独立に、1価の有機基を表す。Rx5’は、互いに結合して、環を形成していてもよい。また、Rx5’の一方とRx4’とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、Rx4’、及び、2つのRx5’の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx5’が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx4’の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4’と2つのRx5’の一方とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx5’の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−3)中、
Rx6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、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。2つのRx6は、互いに結合して、環を形成していてもよい。但し、3つの前記Rx6のうち1つ又は2つが水素原子である場合は、残りの前記Rx6のうち少なくとも1つは、アリール基、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。
ただし、3つのRx6の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、3つのRx6の内の2つが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、3つのRx6の内の残りの一つの少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(c−3)中、Rx8’は、1価の有機基を表す。ただし、Rx8’は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−1)〜(b−3)及び(c−3)中、*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
〔11〕
上記樹脂(A)が下記一般式(I−1)〜(I−6)及び(I−8)〜(I−10)のいずれかで表される繰り返し単位を有する、上記〔9〕又は〔10〕に記載の化学増幅型レジスト組成物。
式中、
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii’)を表してもよく、この場合、上記構造(iii’)における上記一般式(c’)の*は、R1、R2又はRLに連結する結合手を表す。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2が複数存在する場合、複数のR2は同じであっても異なっていてもよい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2)、(I−3)、(I−8)又は(I−10)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。RLが複数存在する場合、複数のRLは同じであっても異なっていてもよい。
RSは、置換基を表し、RSが複数存在する場合、複数のRSは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
〔12〕
(ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物によって膜を形成する工程、(イ)該膜を露光する工程、及び(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程を含むパターン形成方法に供せられる化学増幅型レジスト組成物であって、
前記化学増幅型レジスト組成物が、前記樹脂(A)、前記化合物(B)及び前記溶剤(C)を含有し、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造が、(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は(iii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造であり、
前記樹脂(A)が下記一般式(I−1)で表される繰り返し単位を有し、
前記樹脂(A)の配合量が、前記化学増幅型レジスト組成物の全固形分中、30〜99質量%である、化学増幅型レジスト組成物。
式中、Pf2は、酸の作用により分解し脱離する1価のフッ素原子含有基を表す。
Pf3は、酸の作用により分解し脱離するz価のフッ素原子含有基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
式中、
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii)を表してもよく、この場合、上記構造(iii)における上記一般式(c)の*は、R1に連結する結合手を表す。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
nは、1以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
〔13〕
上記〔9〕〜〔12〕のいずれか1項に記載の化学増幅型レジスト組成物により形成されるレジスト膜。
本発明は、上記〔1〕〜〔13〕に係る発明であるが、以下、参考のため、他の事項も含めて記載している。
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記脱離基がフッ素原子を含む、パターン形成方法。
(i)酸の作用により分解してカルボキシル基を発生する、下記一般式(a)で表される構造、
(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は
(iii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造である、上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
Pf3は、酸の作用により分解し脱離するz価のフッ素原子含有基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(i)又は(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。
複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii)を表してもよく、この場合、上記構造(iii)における上記一般式(c)の*は、R1、R2又はRLに連結する結合手を表す。
Pf3は、上記一般式(c)においてzが2の場合のPf3と同義である。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2が複数存在する場合、複数のR2は同じであっても異なっていてもよい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2)、(I−3)、(I−8)又は(I−10)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。RLが複数存在する場合、複数のRLは同じであっても異なっていてもよい。
RSは、置換基を表し、RSが複数存在する場合、複数のRSは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
qは、−R1−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
該酸の作用により分解し脱離する脱離基が、
(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は
(iii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造
である、化学増幅型レジスト組成物。
Pf3は、酸の作用により分解し脱離するz価のフッ素原子含有基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
Rx4は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。Rx4は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx5は、1価の有機基を表す。Rx4とRx5とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、2つのRx4、及び、Rx5の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx4が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx5の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4の一方とRx5とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx4の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−2)中、
Rx4’は、水素原子又は1価の有機基を表す。
Rx5’は、各々独立に、1価の有機基を表す。Rx5’は、互いに結合して、環を形成していてもよい。また、Rx5’の一方とRx4’とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、Rx4’、及び、2つのRx5’の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx5’が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx4’の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4’と2つのRx5’の一方とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx5’の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−3)中、
Rx6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、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。2つのRx6は、互いに結合して、環を形成していてもよい。但し、3つの前記Rx6のうち1つ又は2つが水素原子である場合は、残りの前記Rx6のうち少なくとも1つは、アリール基、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。
ただし、3つのRx6の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、3つのRx6の内の2つが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、3つのRx6の内の残りの一つの少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
Rx7は、互いに結合して、環を形成していてもよい。この場合、該環は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(c−2)中、Rx8は、各々独立に、1価の有機基を表す。ただし、Rx8の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
Rx8は、互いに結合して、環を形成していてもよい。この場合、該環は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(c−3)中、Rx8’は、1価の有機基を表す。ただし、Rx8’は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−1)〜(b−3)及び(c−1)〜(c−3)中、*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii)を表してもよく、この場合、上記構造(iii)における上記一般式(c)の*は、R1、R2又はRLに連結する結合手を表す。
Pf3は、上記一般式(c)においてzが2の場合のPf3と同義である。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2が複数存在する場合、複数のR2は同じであっても異なっていてもよい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2)、(I−3)、(I−8)又は(I−10)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。RLが複数存在する場合、複数のRLは同じであっても異なっていてもよい。
RSは、置換基を表し、RSが複数存在する場合、複数のRSは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
qは、−R1−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
(15) 前記化学増幅型レジスト組成物が、上記樹脂(A)とは異なる、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する疎水性樹脂を含有しない、上記(1)〜(8)のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
(16) 前記有機溶剤を含む現像液の現像液全体としての含水率が10質量%未満である、上記(1)〜(8)、(14)、(15)のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
(17) 前記現像液が実質的に水分を含有しない、上記(1)〜(8)、(14)〜(16)のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
(18) 前記樹脂(A)が酸基を有する繰り返し単位を、前記樹脂(A)の全繰り返し単位に対して、10モル%以下で含有する、上記(1)〜(8)、(14)〜(17)のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
なお、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。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光)、X線、電子線等を意味する。また、本発明において光とは、活性光線又は放射線を意味する。
また、本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線、X線、EUV光などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も露光に含める。
(ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物によって膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、前記脱離基がフッ素原子を含む。
よって、本発明のパターン形成方法によれば、樹脂へのフッ素原子の導入により、未露光部においては、樹脂分子間の相互作用が低減するので、有機溶剤を含む現像液に対する溶解速度は向上するものと考えられる。また、フッ素原子を有することにより、親油性がより高くなり有機溶剤を含む現像液に対する溶解促進能力の向上に寄与するものと考えられる。
一方、露光部においては、酸の作用により樹脂の極性が増大するのみならず、(i)フッ素原子が樹脂から脱離して、樹脂分子間の相互作用が向上する、(ii)有機溶剤を含む現像液に対して溶解促進能力を有するものと考えられる脱離成分(フッ素原子含有成分)を揮発させることができる、などの理由によって、有機溶剤を含む現像液に対する溶解速度はより低下するものと考えられる。
すなわち、本発明のパターン形成方法においては、露光部と未露光部との間における溶解コントラストをより向上させることができ、これにより、解像力が高く、LWRを低減でき、パターン形状が優れる、という効果が得られたものと推測される。
本発明のレジスト組成物に用いられる、酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂(以下、「酸分解性樹脂」又は「樹脂(A)」ともいう)は、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造(以下、「酸分解性基」ともいう)を有する樹脂であり、この脱離基はフッ素原子を含んでいる。
樹脂(A)としては、例えば、樹脂の主鎖又は側鎖、あるいは、主鎖及び側鎖の両方に、酸分解性基を有する樹脂を挙げることができる。
なお、この樹脂(A)は、酸の作用により極性が増大してアルカリ現像液に対する溶解度が増大する樹脂でもある。
(i)酸の作用により分解してカルボキシル基を発生する、下記一般式(a)で表される構造、
(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は
(iii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造
であることが好ましい。
Pf3は、酸の作用により分解し脱離するz価のフッ素原子含有基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
アルコール性水酸基は、α位炭素(水酸基が結合する炭素原子)が電子求引性基(ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基など)で置換された脂肪族アルコールにおける水酸基以外のものが好ましい。該水酸基は1級アルコール性水酸基(水酸基が置換している炭素原子が、水酸基とは別に2つの水素原子を有する基)、又は水酸基が置換している炭素原子に他の電子求引性基が結合していない2級アルコール性水酸基であることが好ましい。
Pf1、Pf2及びPf3としてのフッ素原子含有基において、フッ素原子の総個数は、1〜20であることが好ましく、2〜16であることがより好ましく、3〜12であることが更に好ましい。
フッ素原子の総個数が20個以下であることによって、フッ素原子を含有する脱離基の質量を抑制できる。これにより、露光部において、フッ素原子を含有する脱離成分の揮発を促進でき、有機溶剤を含む現像液に対する露光部の溶解速度を、より確実に低下することができる。すなわち、露光部と未露光部との間における溶解コントラストをより向上させることができ、本願の効果をより確実に発現させることができる。
Rx1とRx2とが結合して、環を形成してもよい。この場合、Rx1とRx2とが結合して形成された環、及び、Rx3の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
より具体的には、C#1とFadとの間に介在する原子数は2個以上が好ましく、3個以上がより好ましく、4個以上が更に好ましい。一方、C#1とFadとの間に介在する原子数の上限値は特に限定されないが、通常、10個以下である。
なお、本明細書において、炭素原子(例えば、上記(a−1)においてはC#1)とフッ素原子(例えば、上記(a−1)においてはFad)との間に介在する原子数(以降、「介在原子数」とも言う)は、取り得る原子数の最小値を意味する。例えば、−COO−C#1F(CH3)2で表される基においては、上記介在原子数は0であり、−COO−C#1(CH3)2−(CH2)2−CF2−CF3で表される基においては、上記介在原子数は3である。
Rx1〜Rx3の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炭素数3〜20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炭素数4〜20の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1とRx2とが結合して形成される環としては、シクロアルキル基(単環若しくは多環)であることが好ましい。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。炭素数5〜6の単環のシクロアルキル基がより好ましく、炭素数5の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。
Rx1がメチル基又はエチル基であり、Rx2とRx3とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
フルオロアルキル基の具体例としては、−CF3、−C2F5、−C3F7、−C4F9、−CF(CF3)2、−CF(CF3)C2F5、−CF2CF(CF3)2、−C(CF3)3、−C5F11、−C6F13、−C7F15、−C8F17、−CH2CF3、−CH2CH2CF3、−CH2C2F5、−CH2CH2C2F5、−CH2C3F7、−CH2CH2C3F7、−CH(CF3)2、−CH(CF3)C2F5、−CH2CF(CF3)2、−CH2C4F9、−CH2CH2C4F9が挙げられ、中でも、−CF3、−C2F5、−C3F7、−C4F9、−CH(CF3)2が好ましい。
また、フルオロアルキルオキシ基、フルオロアルキルカルボニル基、フルオロアルキルカルボニルオキシ基、フルオロアルキルスルホニル基、フルオロアルキルスルホニルオキシ基におけるフルオロアルキル基についても同様である。
Rx4は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。Rx4は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx5は、1価の有機基を表す。Rx4とRx5とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、2つのRx4、及び、Rx5の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx4が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx5の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4の一方とRx5とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx4の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
Rx4’は、水素原子又は1価の有機基を表す。
Rx5’は、各々独立に、1価の有機基を表す。Rx5’は、互いに結合して、環を形成していてもよい。また、Rx5’の一方とRx4’とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、Rx4’、及び、2つのRx5’の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx5’が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx4’の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4’と2つのRx5’の一方とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx5’の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
Rx6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、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。2つのRx6は、互いに結合して、環を形成していてもよい。但し、3つの前記Rx6のうち1つ又は2つが水素原子である場合は、残りの前記Rx6のうち少なくとも1つは、アリール基、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。
ただし、3つのRx6の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、3つのRx6の内の2つが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、3つのRx6の内の残りの一つの少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
Rx4、Rx4’のアルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。アルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。Rx4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、及びn−ブチル基が挙げられる。
Rx4、Rx4’のシクロアルキル基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。シクロアルキル基の炭素数は、3〜10であることが好ましく、4〜8であることがより好ましい。Rx4のシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、及びアダマンチル基が挙げられる。
また、一般式(b−1)において、Rx4の少なくとも一方は、1価の有機基であることが好ましい。このような構成を採用すると、特に高い感度を達成することができる。
Rx4、Rx4’としてのアルキル基、及び、シクロアルキル基は、更に置換基を有していても良く、このような置換基としては、例えば、Rx1〜Rx3が有していても良い、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基以外の置換基で説明したものと同様の基を挙げることができる。これらの置換基が、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有することにより、上記フッ素原子含有基を形成しても良い。
Rx5、Rx5’のアルキル基は、置換基を有していないか、又は、1つ以上のアリール基を置換基として有していることが好ましい。無置換アルキル基の炭素数は、1〜20であることが好ましい。1つ以上のアリール基により置換されたアルキル基におけるアルキル基部分の炭素数は、1〜25であることが好ましい。
Rx5、Rx5’のアルキル基の具体例としては、例えば、Rx4、Rx4’のアルキル基の具体例として説明したものを同様に挙げることができる。また、1つ以上のアリール基により置換されたアルキル基におけるアリール基としては、炭素数6〜10のものが好ましく、具体的には、フェニル基、ナフチル基を挙げることができる。
また、Rx5、Rx5’のシクロアルキル基が置換基を有していない場合、その炭素数は、3〜20であることが好ましい。
Rx5、Rx5’のシクロアルキル基の具体例としては、Rx4、Rx4’のシクロアルキル基の具体例として説明したものを同様に挙げることができる。
Rx6としてのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基、及びアルキニル基は、更に置換基を有していてもよく、このような置換基としては、上記Rx1〜Rx3が有していても良い、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基以外の置換基で説明したものと同様の基を挙げることができる。これらの置換基が、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有することにより、上記フッ素原子含有基を形成しても良い。
Rx6のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基、アリル基等の炭素数2〜5のアルケニル基を挙げることができる。
Rx6としてのアルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等の炭素数2〜5のアルキニル基を挙げることができる。
2つのRx4同士、2つのRx5’同士、2つのRx6同士、Rx4とRx5、及びRx5’とRx4’が互いに連結して形成しても良い環としては、前記Rx4、Rx4’のシクロアルキル基における環と同様のものが好ましい。
より具体的には、C#2とFadとの間の介在原子数は1個以上であることが好ましく、2個以上であることがより好ましく、3個以上であることが更に好ましい。一方、C#2とFadとの間の介在原子数の上限値は特に限定されないが、通常、10個以下である。
同様の理由で、上記一般式(b−2)中の3級炭素原子(上記一般式(b−2)中、#3で示した炭素原子であり、以下、「C#3」とも表記する)とFadとの間の介在原子数は2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましく、4個以上であることが更に好ましい。一方、C#3とFadとの間の介在原子数の上限値は特に限定されないが、通常、10個以下である。
また、同様の理由で、上記一般式(b−3)中の3級炭素原子(上記一般式(b−3)中、#4で示した炭素原子であり、以下、「C#4」とも表記する)とFadとの間の介在原子数は2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましく、4個以上であることが更に好ましい。一方、C#4とFadとの間の介在原子数の上限値は特に限定されないが、通常、10個以下である。
Rx7は、互いに結合して、環を形成していてもよい。この場合、該環は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
Rx8は、互いに結合して、環を形成していてもよい。この場合、該環は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
Rx7は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜10でありかつ置換基を有していないアルキル基であることが更に好ましい。
Rx7としてのアルキル基及びシクロアルキル基は、更に置換基を有していてもよく、このような置換基としては、上記Rx1〜Rx3が有していても良い、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基以外の置換基で説明したものと同様の基を挙げることができる。これらの置換基が、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有することにより、上記フッ素原子含有基を形成しても良い。
Rx7のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、例えば、Rx4、Rx4’のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例として説明したものを同様に挙げることができる。
2つのRx7同士が互いに連結して形成しても良い環としては、前記Rx4、Rx4’のシクロアルキル基における環と同様のものが好ましい。
Rx8、Rx8’のアルキル基及びシクロアルキル基としては、例えば、Rx4、Rx4’のアルキル基及びシクロアルキル基で説明したものを同様に挙げることができる。
2つのRx8同士が互いに連結して形成しても良い環としては、4〜10員の、単環又は多環の複素環が好ましい。該環は飽和環であることが好ましく、前記Rx4、Rx4’のシクロアルキル基における環のうちの任意の炭素原子(好ましくは1つ)が酸素原子に置き換わった環が好ましく、例えばテトラヒドロピラン環が挙げられる。
より具体的には、C#5とFadとの間の介在原子数は2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましく、4個以上であることが更に好ましい。一方、C#5とFadとの間の介在原子数の上限値は特に限定されないが、通常、10個以下である。
同様の理由で、上記一般式(c−2)中の3つの酸素原子に挟まれた炭素原子(上記一般式(c−2)中、#6で示した炭素原子であり、以下、「C#6」とも表記する)とFadとの間の介在原子数は2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましく、4個以上であることが更に好ましい。一方、C#6とFadとの間の介在原子数の上限値は特に限定されないが、通常、10個以下である。
また、同様の理由で、上記一般式(c−3)中の3つの酸素原子に挟まれた炭素原子(上記一般式(c−3)中、#7で示した炭素原子であり、以下、「C#7」とも表記する)とFadとの間の介在原子数は2個以上であることが好ましく、3個以上であることがより好ましく、4個以上であることが更に好ましい。一方、C#7とFadとの間の介在原子数の上限値は特に限定されないが、通常、10個以下である。
上記構造(i)〜(iii)のいずれかを有する繰り返し単位としては、下記一般式(I−1)〜(I−10)のいずれかで表される繰り返し単位を挙げることができ、中でも、一般式(I−1)〜(I−6)のいずれかで表される繰り返し単位であることが好ましく、一般式(I−1)又は(I−6)で表される繰り返し単位であることがより好ましい。
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(i)又は(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii)を表してもよく、この場合、上記構造(iii)における上記一般式(c)の*は、R1、R2又はRLに連結する結合手を表す。
Pf3は、上記一般式(c)においてzが2の場合のPf3と同義である。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2が複数存在する場合、複数のR2は同じであっても異なっていてもよい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2)、(I−3)、(I−8)又は(I−10)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。RLが複数存在する場合、複数のRLは同じであっても異なっていてもよい。
RSは、置換基を表し、RSが複数存在する場合、複数のRSは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
Raのアルキル基の炭素数は6以下であることが好ましく、Ra2のアルキル基及びアシル基の炭素数は5以下であることが好ましい。Raのアルキル基、及び、Ra2のアルキル基及びアシル基は、置換基を有していてもよい。
Raは、水素原子、炭素数が1〜10のアルキル基、又は、炭素数が1〜10のアルコキシアルキル基であることが好ましく、具体的には、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2は、好ましくは、単結合又は非芳香族性の炭化水素基である。この場合、R2は、鎖状炭化水素基であってもよく、脂環状炭化水素基であってもよい。
R1、R2としての鎖状炭化水素基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。また、この鎖状炭化水素基の炭素数は、1〜8であることが好ましい。例えば、鎖状炭化水素基がアルキレン基である場合、アルキレン基は、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基又はsec−ブチレン基であることが好ましい。
R1、R2としての脂環状炭化水素基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。この脂環状炭化水素基は、例えば、モノシクロ、ビシクロ、トリシクロ又はテトラシクロ構造を備えている。この脂環状炭化水素基の炭素数は、通常は5以上であり、6〜30であることが好ましく、7〜25であることがより好ましい。
この脂環状炭化水素基としては、例えば、以下に列挙する部分構造を備えるものが挙げられる。これら部分構造の各々は、置換基を有していてもよい。また、これら部分構造の各々において、メチレン基(−CH2−)は、酸素原子(−O−)、硫黄原子(−S−)、カルボニル基〔−C(=O)−〕、スルホニル基〔−S(=O)2−〕、スルフィニル基〔−S(=O)−〕、又はイミノ基〔−N(R)−〕(Rは水素原子若しくはアルキル基)によって置換されていてもよい。
R0のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキニル基、及びアルケニル基としては、例えば、上記一般式(b−3)のRx6で説明したものを挙げることができる。R0は、好ましくは、水素原子又はアルキル基であり、より好ましくは、水素原子又はメチル基である。
RSは、置換基を表す。この置換基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルコキシ基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニル基、及びハロゲン原子が挙げられる。
nは、1以上の整数である。nは、1〜3の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましい。また、nを2以上とすると、有機溶剤を含有する現像液に対する溶解コントラストを更に向上させることが可能となる。これにより、解像力をより向上させるとともに、LWRをより低減することができる。
mは、1以上の整数である。mは、1〜3の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましい。
lは、0以上の整数である。lは、0又は1であることが好ましい。
pは、0〜3の整数である。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。qは0〜2の整数が好ましく、0又は1がより好ましい。
酸分解性繰り返し単位(A)の合計としての含有量は、樹脂の全繰り返し単位に対して、好ましくは1mol%〜99mol%の範囲内とし、より好ましくは3mol%〜80mol%の範囲内とし、更に好ましくは5mol%〜55mol%の範囲内とする。
酸分解性繰り返し単位(B)としては、脱離基がフッ素原子を含有しない以外は上述した構造(i)〜(iii)のいずれかと同様の構造を有する繰り返し単位を挙げることができるが、酸分解性繰り返し単位(B)における酸で脱離する基としては、例えば、−C(R36)(R37)(R38)、−C(R36)(R37)(OR39)、−C(R01)(R02)(OR39)等を好適に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を表す。R36とR37とは、互いに結合して環を形成してもよい。
R01及び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。
酸分解性基としては好ましくは、クミルエステル基、エノールエステル基、アセタールエステル基、第3級のアルキルエステル基等である。更に好ましくは、第3級アルキルエステル基である。
Ra’は、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2’により表される基を表す。ここで、Ra2’は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
R1’は、(n’+1)価の有機基を表す。
R11’は、2価の有機基を表す。R11’が複数存在する場合、複数のR11’は同じであっても異なっていてもよい。
L1’は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar’−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Ar’は、2価の芳香環基を表す。L1’が複数存在する場合、複数のL1’は同じであっても異なっていてもよい。
Rx1’〜Rx3’は、それぞれ独立に、1価の有機基を表す。
Rx1’とRx2’とが結合して、環を形成してもよい。
q’は、−R11’−L1’−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。
n’は、1以上の整数を表す。
Rx4”は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。Rx4”は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx5”は、1価の有機基を表す。Rx4”とRx5”とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
具体例中、Rx、Xa1は、水素原子、CH3、CF3、又はCH2OHを表す。Rxa、Rxbはそれぞれ炭素数1〜4のアルキル基を表す。Zは、極性基を含む置換基を表し、複数存在する場合、複数のZは互いに同じであっても異なっていてもよい。pは0又は正の整数を表す。Zの具体例及び好ましい例は、例えば、水酸基、シアノ基、アミノ基、アルキルアミド基又はスルホンアミド基自体、又は、これらの少なくとも1つを有する、直鎖又は分岐のアルキル基、シクロアルキル基が挙げられ、好ましくは、水酸基を有するアルキル基である。より好ましくは水酸基を有する分岐状アルキル基である。分岐状アルキル基としてはイソプロピル基が特に好ましい。Zが複数存在する場合、互いに同じでも異なっていてもよい。
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)〜(LC1−17)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)、(LC1−17)であり、特に好ましいラクトン構造は(LC1−4)である。このような特定のラクトン構造を用いることでLWR、現像欠陥が良好になる。
Aは、エステル結合(−COO−で表される基)又はアミド結合(−CONH−で表される基)を表す。
R0は、複数個ある場合にはそれぞれ独立にアルキレン基、シクロアルキレン基、又はその組み合わせを表す。
Zは、複数個ある場合にはそれぞれ独立に、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合
nは、−R0−Z−で表される構造の繰り返し数であり、0〜5の整数を表し、0又は1であることが好ましい。nが0である場合、−R0−Z−は存在せず、単結合となる。
R7は、水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Zは好ましくは、エーテル結合、エステル結合であり、特に好ましくはエステル結合である。
R0のアルキレン基、シクロアルキレン基、R7におけるアルキル基は、各々置換されていてもよく、置換基としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子やメルカプト基、水酸基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基、ベンジルオキシ基等のアルコキシ基、アセチルオキシ基、プロピオニルオキシ基等のアシルオキシ基が挙げられる。
R7は、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基が好ましい。
また、R8は無置換のラクトン構造を有する1価の有機基、或いはメチル基、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を置換基として有するラクトン構造を有する1価の有機基が好ましく、シアノ基を置換基として有するラクトン構造(シアノラクトン)を有する1価の有機基がより好ましい。
下記具体例中、Rは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基又はハロゲン原子を表し、好ましくは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、アセチルオキシメチル基を表す。
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。
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シメチル基を表す。
酸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。
具体例中、RxはH,CH3,CH2OH,又はCF3を表す。
Raは水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2基を表す。式中、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Raは、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
極性基を持たない脂環炭化水素構造を有し、酸分解性を示さない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。式中、Raは、H、CH3、CH2OH、又はCF3を表す。
(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。
また、本発明において、樹脂(A)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。あるいは、樹脂(A)と、樹脂(A)には該当しないその他の樹脂(例えば、樹脂(A)には該当しない酸分解性樹脂)を併用して用いてもよい。その場合、全樹脂中、樹脂(A)が50重量%以上存在することが好ましい。
本発明の組成物は、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、「酸発生剤」ともいう)を含有する。
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。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
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。
Z−は、非求核性アニオンを表す。
Xfは、それぞれ独立に、フッ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
R1、R2は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基を表し、複数存在する場合のR1、R2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、二価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
Cyは、環状の有機基を表す。
Aは、HO3S−又はRf−NH−を表す。Rfは、少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキル基、少なくとも1つのフッ素原子を有するシクロアルキル基、又は少なくとも1つのフッ素原子を有するアリール基を表す。(シクロアルキルとアリールの置換は、フッ素原子でなく−CF3などフッ化アルキルによる置換でもよい。Rfとしての少なくとも1つのフッ素原子を有するアルキル基の具体例としては、Xfの後述の具体例と同様であり、Rfとしての少なくとも1つのフッ素原子を有するシクロアルキル基の具体例としては、パーフルオロシクロペンチル、パーフルオロシクロヘキシル等が挙げられ、Rfとしての少なくとも1つのフッ素原子を有するアリール基の具体例としては、パーフルオロフェニル等が挙げられ、これらの各基は、それぞれ、フッ素原子を含有しない置換基で置換されていてもよい。)
xは1〜20の整数を表し、yは0〜10の整数を表し、zは0〜10の整数を表す。
Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基におけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜10であり、より好ましくは炭素数1〜4である。また、Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基は、パーフルオロアルキル基であることが好ましい。
Xfとして、好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。Xfの具体例としては、フッ素原子、CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C5F11、C6F13、C7F15、C8F17、CH2CF3、CH2CH2CF3、CH2C2F5、CH2CH2C2F5、CH2C3F7、CH2CH2C3F7、CH2C4F9、CH2CH2C4F9が挙げられ、中でもフッ素原子、CF3が好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
R1、R2としては、好ましくはフッ素原子又はCF3である。
Lの2価の連結基としては特に限定されず、―COO−、−OCO−、−CONR−(Rは水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基)、−CO−、−O−、−S―、−SO―、―SO2−、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基又はこれらの複数が組合された連結基などが挙げられ、総炭素数12以下の連結基が好ましい。これらのなかでも―COO−、−OCO−、−CONR−、−CO−、−O−、―SO2−が好ましく、―COO−、−OCO−、―SO2−がより好ましい。
化合物(ZI−2)は、式(ZI)におけるR201〜R203が、各々独立に、芳香環を有さない有機基を表す化合物である。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。
2−オキソシクロアルキル基は、好ましくは、上記の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。
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。
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、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基又はアリールチオ基を表す。
R6c及びR7cは、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアリール基を表す。
Rx及びRyは、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2−オキソアルキル基、2−オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基又はビニル基を表す。
上記環構造としては、芳香族若しくは非芳香族の炭化水素環、芳香族若しくは非芳香族の複素環、又は、これらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環を挙げることができる。環構造としては、3〜10員環を挙げることができ、4〜8員環であることが好ましく、5又は6員環であることがより好ましい。
R1c〜R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、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。
R5cとR6c、及び、R5cとRxが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基であることが好ましく、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基等を挙げることができる。
好ましくは、R1c〜R5cの内のいずれかが直鎖又は分岐アルキル基、シクロアルキル基又は直鎖、分岐若しくは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。
(特に好ましくは5〜6員の環)が挙げられる。
R6c及びR7cの態様としては、その両方がアルキル基である場合が好ましい。特に、R6c及びR7cが各々炭素数1〜4の直鎖又は分岐状アルキル基である場合が好ましく、とりわけ、両方がメチル基である場合が好ましい。
前記シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数3〜10個のシクロアルキル基を挙げることができる。
前記アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等の炭素数6〜15のアリール基を挙げることができる。
化合物(ZI−4)は、下記一般式(ZI−4)で表される。
R13は水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R14は複数存在する場合は各々独立して、水酸基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
R15は各々独立して、アルキル基、シクロアルキル基又はナフチル基を表す。2個のR15が互いに結合して環を形成してもよい。これらの基は置換基を有してもよい。
lは0〜2の整数を表す。
rは0〜8の整数を表す。
Z−は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ−と同様の非求核性アニオンを挙げることができる。
また、総炭素数が7以上の多環のシクロアルキルオキシ基としては、ノルボルニルオキシ基、トリシクロデカニルオキシ基、テトラシクロデカニルオキシ基、アダマンチルオキシ基等が挙げられる。
一般式(ZI−4)におけるR15としては、メチル基、エチル基、ナフチル基、2個のR15が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
rとしては、0〜2が好ましい。
一般式(ZII)、(ZIII)中、
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のアリール基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等を有する複素環構造を有するアリール基であってもよい。複素環構造を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン等を挙げることができる。
R204〜R207におけるアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基(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)、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のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基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。
Z−は、非求核性アニオンを表し、一般式(ZI)に於けるZ−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。
Ar3及びAr4は、各々独立に、アリール基を表す。
R208、R209及びR210は、各々独立に、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す。
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、Ar4、R208、R209及びR210のアリール基の具体例としては、上記一般式(ZI−1)におけるR201、R202及びR203としてのアリール基の具体例と同様のものを挙げることができる。
R208、R209及びR210のアルキル基及びシクロアルキル基の具体例としては、それぞれ、上記一般式(ZI−2)におけるR201、R202及びR203としてのアルキル基及びシクロアルキル基の具体例と同様のものを挙げることができる。
Aのアルキレン基としては、炭素数1〜12のアルキレン(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基など)を、Aのアルケニレン基としては、炭素数2〜12のアルケニレン基(例えば、エチニレン基、プロペニレン基、ブテニレン基など)を、Aのアリーレン基としては、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基など)を、それぞれ挙げることができる。
また、酸発生剤として、スルホン酸基又はイミド基を1つ有する酸を発生する化合物が好ましく、更に好ましくは1価のパーフルオロアルカンスルホン酸を発生する化合物、又は1価のフッ素原子若しくはフッ素原子を含有する基で置換された芳香族スルホン酸を発生する化合物、又は1価のフッ素原子若しくはフッ素原子を含有する基で置換されたイミド酸を発生する化合物であり、更により好ましくは、フッ化置換アルカンスルホン酸、フッ素置換ベンゼンスルホン酸、フッ素置換イミド酸又はフッ素置換メチド酸のスルホニウム塩である。使用可能な酸発生剤は、発生した酸のpKaが−1以下のフッ化置換アルカンスルホン酸、フッ化置換ベンゼンスルホン酸、フッ化置換イミド酸であることが特に好ましく、感度が向上する。
酸発生剤は、1種類又は2種類以上を組み合わせて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の組成物中の含有率は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分を基準として、0.1〜40質量%が好ましく、より好ましくは1〜30質量%、更に好ましくは5〜25質量%である。
本発明におけるレジスト組成物を調製する際に使用することができる溶剤としては、例えば、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、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキルエステル、アルコキシプロピオン酸アルキル、環状ラクトン(好ましくは炭素数4〜10)、環を有しても良いモノケトン化合物(好ましくは炭素数4〜10)、アルキレンカーボネート、アルコキシ酢酸アルキル、ピルビン酸アルキル等の有機溶剤を挙げることができる。
これらの溶剤の具体例は、米国特許出願公開2008/0187860号明細書[0441]〜[0455]に記載のものを挙げることができる。
水酸基を含有する溶剤、水酸基を含有しない溶剤としては前述の例示化合物が適宜選択可能であるが、水酸基を含有する溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸アルキル等が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME、別名1−メトキシ−2−プロパノール)、乳酸エチルがより好ましい。また、水酸基を含有しない溶剤としては、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、アルキルアルコキシプロピオネート、環を含有しても良いモノケトン化合物、環状ラクトン、酢酸アルキルなどが好ましく、これらの内でもプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA、別名1−メトキシ−2−アセトキシプロパン)、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−ヘプタノンが最も好ましい。
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。
溶剤は、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むことが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート単独溶媒、又は、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2種類以上の混合溶剤であることが好ましい。
本発明のレジスト組成物は、特に液浸露光に適用する際、フッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを有する、樹脂(A)以外の疎水性樹脂(以下、「疎水性樹脂(D)」又は単に「樹脂(D)」ともいう)を含有してもよい。例えば、樹脂(D)の疎水性が樹脂(A)の疎水性よりも向上するように、樹脂(D)にフッ素原子及び珪素原子の少なくともいずれかを導入することにより、膜表層に疎水性樹脂(D)が偏在化し、液浸媒体が水の場合、水に対するレジスト膜表面の静的/動的な接触角を向上させ、液浸水追随性を向上させることができる。ただし、上記したように、樹脂(A)はフッ素原子を有しており、疎水的であるため、樹脂(D)を含有しない場合も本発明の好ましい実施形態の一つである。
疎水性樹脂(D)は前述のように界面に偏在するように設計されることが好ましいが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性/非極性物質を均一に混合することに寄与しなくても良い。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有する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の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
R57〜R68は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はアルキル基(直鎖若しくは分岐)を表す。但し、R57〜R61少なくとも1つ、R62〜R64の少なくとも1つ、及びR65〜R68の少なくとも1つは、それぞれ独立に、フッ素原子又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)を表す。
R57〜R61及びR65〜R67は、全てがフッ素原子であることが好ましい。R62、R63及びR68は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)が好ましく、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基であることが更に好ましい。R62とR63は、互いに連結して環を形成してもよい。
一般式(F3)で表される基の具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロヘキシル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロ(トリメチル)ヘキシル基、2,2,3,3−テトラフルオロシクロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基などが挙げられる。ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基、ヘキサフルオロ(2−メチル)イソプロピル基、オクタフルオロイソブチル基、ノナフルオロ−t−ブチル基、パーフルオロイソペンチル基が好ましく、ヘキサフルオロイソプロピル基、ヘプタフルオロイソプロピル基が更に好ましい。
一般式(F4)で表される基の具体例としては、例えば、−C(CF3)2OH、−C(C2F5)2OH、−C(CF3)(CH3)OH、−CH(CF3)OH等が挙げられ、−C(CF3)2OHが好ましい。
ただし、R4〜R7の少なくとも1つはフッ素原子を表す。R4とR5若しくはR6とR7は環を形成していてもよい。
W2は、少なくとも1つのフッ素原子を含有する有機基を表す。具体的には前記(F2)〜(F4)の原子団が挙げられる。
L2は、単結合、或いは2価の連結基を示す。2価の連結基としては、置換又は無置換のアリーレン基、置換又は無置換のアルキレン基、置換又は無置換のシクロアルキレン基、−O−、−SO2−、−CO−、−N(R)−(式中、Rは水素原子又はアルキルを表す)、−NHSO2−又はこれらの複数を組み合わせた2価の連結基を示す。
Qは脂環式構造を表す。脂環式構造は置換基を有していてもよく、単環型でもよく、多環型でもよく、多環型の場合は有橋式であってもよい。単環型としては、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロブチル基、シクロオクチル基等を挙げることができる。多環型としては、炭素数5以上のビシクロ、トリシクロ、テトラシクロ構造等を有する基を挙げることができ、炭素数6〜20のシクロアルキル基が好ましく、例えば、アダマンチル基、ノルボルニル基、ジシクロペンチル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基等を挙げることができる。なお、シクロアルキル基中の炭素原子の一部が、酸素原子等のヘテロ原子によって置換されていてもよい。Qとして特に好ましくはノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトシクロドデシル基等を挙げることができる。
具体例中、X1は、水素原子、−CH3、−F又は−CF3を表す。X2は、−F又は−CF3を表す。
アルキルシリル構造、又は環状シロキサン構造としては、具体的には、下記一般式(CS−1)〜(CS−3)で表される基などが挙げられる。
R12〜R26は、各々独立に、直鎖若しくは分岐アルキル基(好ましくは炭素数1〜20)又はシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)を表す。
L3〜L5は、単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、アルキレン基、フェニレン基、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル基、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、及びウレア結合よりなる群から選択される単独或いは2つ以上の組み合わせ(好ましくは総炭素数12以下)が挙げられる。
nは、1〜5の整数を表す。nは、好ましくは、2〜4の整数である。
(x)酸基
(y)ラクトン構造を有する基、酸無水物基、又は酸イミド基、
(z)酸の作用により分解する基
好ましい酸基としては、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール)、スルホンイミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基が挙げられる。
酸基(x)を有する繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂(D)中の全繰り返し単位に対し、1〜50モル%が好ましく、より好ましくは3〜35モル%、更に好ましくは5〜20モル%である。
これらの基を含んだ繰り返し単位は、例えば、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルによる繰り返し単位等の、樹脂の主鎖に直接この基が結合している繰り返し単位である。或いは、この繰り返し単位は、この基が連結基を介して樹脂の主鎖に結合している繰り返し単位であってもよい。或いは、この繰り返し単位は、この基を有する重合開始剤又は連鎖移動剤を重合時に用いて、樹脂の末端に導入されていてもよい。
Rc31は、水素原子、アルキル基(フッ素原子等で置換されていても良い)、シアノ基又は−CH2−O−Rac2基を表す。式中、Rac2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。Rc31は、水素原子、メチル基、ヒドロキシメチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、水素原子、メチル基が特に好ましい。
Rc32は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基又はアリール基を有する基を表す。これら基はフッ素原子、珪素原子を含む基で置換されていても良い。
Lc3は、単結合又は2価の連結基を表す。
シクロアルキル基は、炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましい。
アルケニル基は、炭素数3〜20のアルケニル基が好ましい。
シクロアルケニル基は、炭素数3〜20のシクロアルケニル基が好ましい。
アリール基は、炭素数6〜20のアリール基が好ましく、フェニル基、ナフチル基がより好ましく、これらは置換基を有していてもよい。
Rc32は無置換のアルキル基又はフッ素原子で置換されたアルキル基が好ましい。
Lc3の2価の連結基は、アルキレン基(好ましくは炭素数1〜5)、エーテル結合、フェニレン基、エステル結合(−COO−で表される基)が好ましい。
一般式(III)により表される繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、30〜70モル%であることが更に好ましい。
Rc11’及びRc12’は、各々独立に、水素原子、シアノ基、ハロゲン原子又はアルキル基を表す。
Zc’は、結合した2つの炭素原子(C−C)を含み、脂環式構造を形成するための原子団を表す。
一般式(CII−AB)により表される繰り返し単位の含有量は、疎水性樹脂中の全繰り返し単位を基準として、1〜100モル%であることが好ましく、10〜90モル%であることがより好ましく、30〜70モル%であることが更に好ましい。
疎水性樹脂(D)が珪素原子を有する場合、珪素原子の含有量は、疎水性樹脂(D)の重量平均分子量に対し、2〜50質量%であることが好ましく、2〜30質量%であることがより好ましい。また、珪素原子を含む繰り返し単位は、疎水性樹脂(D)に含まれる全繰り返し単位中、10〜100モル%であることが好ましく、20〜100モル%であることがより好ましい。
また、疎水性樹脂(D)は、1種で使用してもよいし、複数併用してもよい。
疎水性樹脂(D)の組成物中の含有率は、本発明の組成物中の全固形分に対し、0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜8質量%がより好ましく、0.1〜5質量%が更に好ましい。
反応溶媒、重合開始剤、反応条件(温度、濃度等)、及び、反応後の精製方法は、樹脂(A)で説明した内容と同様であるが、疎水性樹脂(D)の合成においては、反応の濃度が30〜50質量%であることが好ましい。
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するために、(E)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、好ましくは、下記式(A)〜(E)で示される構造を有する化合物を挙げることができる。
R200、R201及びR202は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基
(好ましくは炭素数1〜20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜20)又はアリール基(炭素数6〜20)を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。R203、R204、R205及びR206は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20個のアルキル基を表す。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基としては、炭素数1〜20のアミノアルキル基、炭素数1〜20のヒドロキシアルキル基又は炭素数1〜20のシアノアルキル基が好ましい。
これら一般式(A)と(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
前記フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物は、少なくとも1つのアルキル基が窒素原子に結合していることが好ましい。また、前記アルキル鎖中に、酸素原子を有し、オキシアルキレン基が形成されていることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、更に好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でも−CH2CH2O−、−CH(CH3)CH2O−若しくは−CH2CH2CH2O−の構造が好ましい。
前記フェノキシ基を有するアミン化合物、フェノキシ基を有するアンモニウム塩化合物、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物及びスルホン酸エステル基を有するアンモニウム塩化合物の具体例としては、米国特許出願公開2007/0224539号明細書の[0066]に例示されている化合物(C1−1)〜(C3−3)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Rbは、独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基を示す。但し、−C(Rb)(Rb)(Rb)において、1つ以上のRbが水素原子のとき、残りのRbの少なくとも1つはシクロプロピル基又は1−アルコキシアルキル基である。
少なくとも2つのRbは結合して脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、複素環式炭化水素基若しくはその誘導体を形成していてもよい。
nは0〜2の整数を表し、mは1〜3の整数をそれぞれ表し、n+m=3である。
前記Rのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキル基(これらのアルキル基、シクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基は、上記官能基、アルコキシ基、ハロゲン原子で置換されていてもよい)としては、
例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン等の直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基、これらのアルカンに由来する基を、例えば、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、ノルボルナン、アダマンタン、ノラダマンタン等のシクロアルカンに由来する基、これらのシクロアルカンに由来する基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ベンゼン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族化合物に由来する基、これらの芳香族化合物に由来する基を、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等の直鎖状、分岐状のアルキル基の1種以上或いは1個以上で置換した基、
ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、インドール、インドリン、キノリン、パーヒドロキノリン、インダゾール、ベンズイミダゾール等の複素環化合物に由来する基、これらの複素環化合物に由来する基を直鎖状、分岐状のアルキル基或いは芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基、直鎖状、分岐状のアルカンに由来する基・シクロアルカンに由来する基をフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等の芳香族化合物に由来する基の1種以上或いは1個以上で置換した基等或いは前記の置換基が水酸基、シアノ基、アミノ基、ピロリジノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、オキソ基等の官能基で置換された基等が挙げられる。
本発明のレジスト組成物は、更に界面活性剤を含有してもしなくても良く、含有する場合、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、フッ素原子と珪素原子の両方を有する界面活性剤)のいずれか、あるいは2種以上を含有することがより好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤として、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の[0276]に記載の界面活性剤が挙げられ、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431、4430(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120、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)、GF−300、GF−150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS−393(セイミケミカル(株)製)、エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802、EF601((株)ジェムコ製)、PF636、PF656、PF6320、PF6520(OMNOVA社製)、FTX−204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D、222D((株)ネオス製)等である。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。
上記に該当する界面活性剤として、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)、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、C3F7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)との共重合体等を挙げることができる。
一方、界面活性剤の添加量を、レジスト組成物全量(溶剤を除く)に対して、10ppm以下とすることで、疎水性樹脂の表面偏在性があがり、それにより、レジスト膜表面をより疎水的にすることができ、液浸露光時の水追随性を向上させることが出来る。
本発明におけるレジスト組成物は、カルボン酸オニウム塩を含有してもしなくても良い。このようなカルボン酸オニウム塩は、米国特許出願公開2008/0187860号明細書[0605]〜[0606]に記載のものを挙げることができる
本発明のレジスト組成物には、必要に応じて更に染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、アルカリ可溶性樹脂、溶解阻止剤及び現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、カルボキシル基を有する脂環族、又は脂肪族化合物)等を含有させることができる。
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。
固形分濃度とは、レジスト組成物の総重量に対する、溶剤を除く他のレジスト成分の重量の重量百分率である。
本発明のパターン形成方法(ネガ型パターン形成方法)は、
(ア)化学増幅型レジスト組成物により膜(レジスト膜)を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程、
を少なくとも有する。
レジスト膜は、上記した本発明の化学増幅型レジスト組成物から形成されるものであり、より具体的には、基板上に形成されることが好ましい。本発明のパターン形成方法に於いて、レジスト組成物による膜を基板上に形成する工程、膜を露光する工程、及び現像工程は、一般的に知られている方法により行うことができる。
また、本発明は、上記パターン形成方法に供せられる化学増幅型レジスト組成物にも関する。すなわち、本発明は、上記樹脂(A)と、上記化合物(B)と上記溶剤(C)とを含有する有機溶剤現像用化学増幅型レジスト組成物にも関する。ここで、有機溶剤現像用とは、少なくとも上記工程(ウ)に供される用途を意味する。
また、露光工程の後かつ現像工程の前に、露光後加熱工程(PEB;Post Exposure Bake)を含むことも好ましい。
加熱温度はPB、PEB共に70〜120℃で行うことが好ましく、80〜110℃で行うことがより好ましい。
加熱時間は30〜300秒が好ましく、30〜180秒がより好ましく、30〜90秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光・現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行っても良い。
ベークにより露光部の反応が促進され、感度やパターンプロファイルが改善する。
液浸露光方法とは、解像力を高める技術として、投影レンズと試料の間に高屈折率の液体(以下、「液浸液」ともいう)で満たし露光する技術である。
前述したように、この「液浸の効果」はλ0を露光光の空気中での波長とし、nを空気に対する液浸液の屈折率、θを光線の収束半角としNA0=sinθとすると、液浸した場合、解像力及び焦点深度は次式で表すことができる。ここで、k1及びk2はプロセスに関係する係数である。
(解像力)=k1・(λ0/n)/NA0
(焦点深度)=±k2・(λ0/n)/NA0 2
すなわち、液浸の効果は波長が1/nの露光波長を使用するのと等価である。言い換えれば、同じNAの投影光学系の場合、液浸により、焦点深度をn倍にすることができる。これは、あらゆるパターン形状に対して有効であり、更に、現在検討されている位相シフト法、変形照明法などの超解像技術と組み合わせることが可能である。
このような添加剤としては、例えば、水とほぼ等しい屈折率を有する脂肪族系のアルコールが好ましく、具体的にはメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等が挙げられる。水とほぼ等しい屈折率を有するアルコールを添加することにより、水中のアルコール成分が蒸発して含有濃度が変化しても、液体全体としての屈折率変化を極めて小さくできるといった利点が得られる。
更に、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、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。
特に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38%質量の水溶液が望ましい。
ケトン系溶剤としては、例えば、1−オクタノン、2−オクタノン、2−ヘプタノン(メチルアミルケトン)、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネート等を挙げることができる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチルー3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等を挙げることができる。
アルコール系溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール等のアルコールや、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、エチ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、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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤等を挙げることができる。
エーテル系溶剤としては、例えば、上記グリコールエーテル系溶剤の他、ジオキサン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
アミド系溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が使用できる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤や水と混合し使用してもよい。但し、本発明の効果を十二分に奏するためには、現像液全体としての含水率が10質量%未満であることが好ましく、実質的に水分を含有しないことがより好ましい。
すなわち、有機系現像液に対する有機溶剤の使用量は、現像液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下であることが好ましく、95質量%以上100質量%以下であることが好ましい。
特に、有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する現像液であるのが好ましい。
5kPa以下の蒸気圧を有する具体的な例としては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸ブチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等のエステル系溶剤、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール等のアルコール系溶剤、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、エチ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、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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドのアミド系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
特に好ましい範囲である2kPa以下の蒸気圧を有する具体的な例としては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン等のケトン系溶剤、酢酸ブチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネート、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等のエステル系溶剤、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ヘキシルアルコール、n−ヘプチルアルコール、n−オクチルアルコール、n−デカノール等のアルコール系溶剤、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤や、エチ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、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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドのアミド系溶剤、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。
界面活性剤としては特に限定されないが、例えば、イオン性や非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。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、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、好ましくは、非イオン性の界面活性剤である。非イオン性の界面活性剤としては特に限定されないが、フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を用いることが更に好ましい。
界面活性剤の使用量は現像液の全量に対して、通常0.001〜5質量%、好ましくは0.005〜2質量%、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
上記各種の現像方法が、現像装置の現像ノズルから現像液をレジスト膜に向けて吐出する工程を含む場合、吐出される現像液の吐出圧(吐出される現像液の単位面積あたりの流速)は好ましくは2mL/sec/mm2以下、より好ましくは1.5mL/sec/mm2以下、更に好ましくは1mL/sec/mm2以下である。流速の下限は特に無いが、スループットを考慮すると0.2mL/sec/mm2以上が好ましい。
吐出される現像液の吐出圧を上記の範囲とすることにより、現像後のレジスト残渣に由来するパターンの欠陥を著しく低減することができる。
このメカニズムの詳細は定かではないが、恐らくは、吐出圧を上記範囲とすることで、現像液がレジスト膜に与える圧力が小さくなり、レジスト膜・レジストパターンが不用意に削られたり崩れたりすることが抑制されるためと考えられる。
なお、現像液の吐出圧(mL/sec/mm2)は、現像装置中の現像ノズル出口における値である。
炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤の具体例としては、有機溶剤を含む現像液において説明したものと同様のものを挙げることができる。
有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程の後に、より好ましくは、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、更に好ましくは、アルコール系溶剤又はエステル系溶剤を含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、特に好ましくは、1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行い、最も好ましくは、炭素数5以上の1価アルコールを含有するリンス液を用いて洗浄する工程を行う。
ここで、リンス工程で用いられる1価アルコールとしては、直鎖状、分岐状、環状の1価アルコールが挙げられ、具体的には、1−ブタノール、2−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、tert―ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、1−ヘキサノール、4−メチルー2−ペンタノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−ヘキサノール、シクロペンタノール、2−ヘプタノール、2−オクタノール、3−ヘキサノール、3−ヘプタノール、3−オクタノール、4−オクタノールなどを用いることができ、特に好ましい炭素数5以上の1価アルコールとしては、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、4−メチルー2−ペンタノール、1−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノールなどを用いることができる。
・樹脂(A−1)の合成
窒素気流下、シクロヘキサノン40gを3つ口フラスコに入れ、これを80℃に加熱した(溶剤1)。下記繰り返し単位に対応するモノマーをそれぞれモル比50/10/40の割合でシクロヘキサノンに溶解し、22質量%のモノマー溶液(400g)を調製した。更に、重合開始剤V−601(和光純薬工業製)をモノマーに対し7.2mol%を加え、溶解させた溶液を、上記溶剤1に対して6時間かけて滴下した。滴下終了後、更に80℃で2時間反応させた。反応液を放冷後ヘプタン3600ml/酢酸エチル400mlに注ぎ、析出した粉体をろ取、乾燥すると、樹脂(A−1)が74g得られた。得られた樹脂(A−1)の重量平均分子量は、8100、分散度(Mw/Mn)は、1.66であった。
下記繰り返し単位に対応するモノマーを各々20/80の割合(モル比)で仕込み、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に溶解し、固形分濃度15質量%の溶液450gを調製した。この溶液に和光純薬製重合開始剤V−60を1mol%加え、これを窒素雰囲気下、6時間かけて、100℃に加熱したPGMEA50gに滴下した。滴下終了後、反応液を2時間撹拌した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、メタノール5Lに晶析、析出した白色粉体を濾取し、目的物である疎水性樹脂(1)を回収した。
WO2008153110A1の[0382]〜[0385]に準じて、酸発生剤(PAG−10)を合成した。
下記表4に示す成分を表4に示す溶剤に溶解させ、それぞれを0.03μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターでろ過して、実施例1〜12、比較例1のレジスト組成物を調製した。
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)
W−5:KH−20(旭化成(株)製)
W−6:PolyFoxTM PF−6320(OMNOVA solution inc.製)(フッ素系)
SL−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
SL−2:プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート
SL−3:2−ヘプタノン
b群
SL−4:乳酸エチル
SL−5:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
SL−6:シクロヘキサノン
c群
SL−7:γ−ブチロラクトン
SL−8:プロピレンカーボネート
シリコンウエハ上に有機反射防止膜ARC29SR(日産化学社製)を塗布し、205℃で、60秒間ベークを行い、膜厚86nmの反射防止膜を形成した。その上に実施例1のレジスト組成物を塗布し100℃で、60秒間ベーク(PB)を行い、膜厚100nmのレジスト膜を形成した。得られたウエハをArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製 XT1700i、NA1.20、C−Quad、アウターシグマ0.981、インナーシグマ0.895、XY偏向)を用い、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して、パターン露光を行った。液浸液としては超純水を用いた。その後100℃で、60秒間加熱(PEB)した後、現像液(酢酸ブチル)を30秒間パドルして現像し、リンス液(4−メチル−2−ペンタノール)で30秒間パドルしてリンスした後、4000rpmの回転数で30秒間ウエハを回転させた後に、90℃で60秒間ベークを行うことにより、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを得た。
表4に記載のレジスト組成物を採用した以外は、実施例1の方法と同様にして、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを得た。
〔解像力〕
得られたパターンを走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S−9380II)により線幅を観察し、線幅50nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを解像する時の照射エネルギーを感度(Eopt)とした。この感度でライン:スペース=1:1のパターンを解像する場合における、解像可能なラインの線幅の最小値を上記走査型電子顕微鏡により観察した。この値が小さいほど、解像力が高い。
線幅50nmの1:1ラインアンドスペースのレジストパターンを測長走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S−9380II)を使用して観察し、スペースパターンの長手方向2μmの範囲を等間隔で50点線幅を測定し、その標準偏差から3σ(nm)を算出することで測定した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。
得られたパターンの断面形状を走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S−9380II)により観察し、矩形パターンが得られたものを○、Tトップ形状が得られたものを×として評価した。
Claims (13)
- (ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物(但し、(i)酸不安定基で置換されたヒドロキシ基を有する繰り返し単位を含有する高分子化合物を含むレジスト組成物と、(ii)下記式(1)で表される繰り返し単位及び下記式(2)で表される繰り返し単位を有するポリマー、下記酸発生剤(PAG2)、下記塩基性化合物(Quencher1)、下記式(3)で表される繰り返し単位及び下記式(4)で表される繰り返し単位を有する撥水性ポリマー、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート並びにシクロヘキサノンを含むレジスト組成物とを除く)によって膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記脱離基がフッ素原子を含む、パターン形成方法。
- (ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂(但し、下記式(5)又は(6)で表される繰り返し単位を含有するポリマーを除く)と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物によって膜を形成する工程、
(イ)該膜を露光する工程、及び
(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記脱離基がフッ素原子を含み、
前記極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造が、
(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は
(iii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造
である、パターン形成方法。
式中、P f2 は、酸の作用により分解し脱離する1価のフッ素原子含有基を表す。
P f3 は、酸の作用により分解し脱離するz価のフッ素原子含有基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。 - 上記樹脂(A)が下記一般式(I−1)〜(I−10)のいずれかで表される繰り返し単位を有する、請求項2に記載のパターン形成方法。
式中、
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii)を表してもよく、この場合、上記構造(iii)における上記一般式(c)の*は、R1、R2又はRLに連結する結合手を表す。
Pf3は、上記一般式(c)においてzが2の場合のPf3と同義である。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2が複数存在する場合、複数のR2は同じであっても異なっていてもよい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2)、(I−3)、(I−8)又は(I−10)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。RLが複数存在する場合、複数のRLは同じであっても異なっていてもよい。
RSは、置換基を表し、RSが複数存在する場合、複数のRSは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
qは、−R1−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。 - 前記有機溶剤を含む現像液における有機溶剤の含有量が、前記現像液の全量に対して、90質量%以上100質量%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記レジスト組成物の全固形分に対する前記樹脂(A)の含有量が、30〜99質量%である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記現像液が、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種類の有機溶剤を含有する現像液である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 更に、(エ)有機溶剤を含むリンス液を用いて洗浄する工程を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記工程(イ)における露光が液浸露光である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- (ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物によって膜を形成する工程、(イ)該膜を露光する工程、及び(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程を含むパターン形成方法に供せられる化学増幅型レジスト組成物であって、
前記化学増幅型レジスト組成物が、前記樹脂(A)、前記化合物(B)及び前記溶剤(C)を含有し、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造が、(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は(iii’)酸の作用により分解して3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c’)で表される構造であり、
前記樹脂(A)の配合量が、前記化学増幅型レジスト組成物の全固形分中、30〜99質量%である、化学増幅型レジスト組成物。
式中、Pf2は、酸の作用により分解し脱離する1価のフッ素原子含有基を表す。
Pf3’は、酸の作用により分解し脱離する3価のフッ素原子含有基を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。 - 前記構造(ii)が、下記一般式(b−1)、(b−2)又は(b−3)で表される基であり、前記構造(iii’)が、下記一般式(c−3)で表される基である、請求項9に記載の化学増幅型レジスト組成物。
一般式(b−1)中、
Rx4は、各々独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。Rx4は、互いに結合して、環を形成していてもよい。
Rx5は、1価の有機基を表す。Rx4とRx5とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、2つのRx4、及び、Rx5の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx4が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx5の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4の一方とRx5とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx4の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−2)中、
Rx4’は、水素原子又は1価の有機基を表す。
Rx5’は、各々独立に、1価の有機基を表す。Rx5’は、互いに結合して、環を形成していてもよい。また、Rx5’の一方とRx4’とは、互いに結合して、環を形成していてもよい。
ただし、Rx4’、及び、2つのRx5’の内の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、2つのRx5’が互いに結合して環を形成する場合、該環及びRx4’の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。Rx4’と2つのRx5’の一方とが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、Rx5’の他方の少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−3)中、
Rx6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、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。2つのRx6は、互いに結合して、環を形成していてもよい。但し、3つの前記Rx6のうち1つ又は2つが水素原子である場合は、残りの前記Rx6のうち少なくとも1つは、アリール基、アルケニル基、又はアルキニル基を表す。
ただし、3つのRx6の少なくとも一つは、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
また、3つのRx6の内の2つが互いに結合して環を形成する場合、該環、及び、3つのRx6の内の残りの一つの少なくとも一方は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(c−3)中、Rx8’は、1価の有機基を表す。ただし、Rx8’は、フッ素原子又はフッ素原子を含有する基を有する。
一般式(b−1)〜(b−3)及び(c−3)中、*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。 - 上記樹脂(A)が下記一般式(I−1)〜(I−6)及び(I−8)〜(I−10)のいずれかで表される繰り返し単位を有する、請求項9又は10に記載の化学増幅型レジスト組成物。
式中、
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii’)を表してもよく、この場合、上記構造(iii’)における上記一般式(c’)の*は、R1、R2又はRLに連結する結合手を表す。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
R2は、単結合又は(n+1)価の有機基を表す。R2が複数存在する場合、複数のR2は同じであっても異なっていてもよい。
Wは、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。
n及びmは、1以上の整数を表す。なお、一般式(I−2)、(I−3)、(I−8)又は(I−10)においてR2が単結合を表す場合、nは1である。
lは、0以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
R0は、水素原子又は有機基を表す。
L3は、(m+2)価の連結基を表す。
RLは、(n+1)価の連結基を表す。RLが複数存在する場合、複数のRLは同じであっても異なっていてもよい。
RSは、置換基を表し、RSが複数存在する場合、複数のRSは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
pは、0〜3の整数を表す。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。 - (ア)(A)酸の作用により、極性が増大して有機溶剤を含む現像液に対する溶解性が減少する樹脂と、(B)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、(C)溶剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物によって膜を形成する工程、(イ)該膜を露光する工程、及び(ウ)有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程を含むパターン形成方法に供せられる化学増幅型レジスト組成物であって、
前記化学増幅型レジスト組成物が、前記樹脂(A)、前記化合物(B)及び前記溶剤(C)を含有し、
前記樹脂(A)が、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造を有し、
前記極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造が、(ii)酸の作用により分解して1個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(b)で表される構造、又は(iii)酸の作用により分解して2個又は3個のアルコール性水酸基を発生する、下記一般式(c)で表される構造であり、
前記樹脂(A)が下記一般式(I−1)で表される繰り返し単位を有し、
前記樹脂(A)の配合量が、前記化学増幅型レジスト組成物の全固形分中、30〜99質量%である、化学増幅型レジスト組成物。
式中、Pf2は、酸の作用により分解し脱離する1価のフッ素原子含有基を表す。
Pf3は、酸の作用により分解し脱離するz価のフッ素原子含有基を表す。zは2又は3を表す。
*は前記樹脂の主鎖又は側鎖に連結する結合手を表す。
式中、
Raは、各々独立に、水素原子、アルキル基又は−CH2−O−Ra2により表される基を表す。ここで、Ra2は、水素原子、アルキル基又はアシル基を表す。
Pfは、上記構造(ii)を表す。Pfが複数存在する場合、複数のPfは同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成してもよい。複数のPfが互いに結合して環を形成する場合、結合されたPfは、上記構造(iii)を表してもよく、この場合、上記構造(iii)における上記一般式(c)の*は、R1に連結する結合手を表す。
R1は、(n+1)価の有機基を表す。
R11は、2価の有機基を表す。R11が複数存在する場合、複数のR11は同じであっても異なっていてもよい。
nは、1以上の整数を表す。
L1は、−COO−、−OCO−、−CONH−、−O−、−Ar−、−SO3−又は−SO2NH−により表される連結基を表す。ここで、Arは、2価の芳香環基を表す。
L1が複数存在する場合、複数のL1は同じであっても異なっていてもよい。
qは、−R11−L1−で表される基の繰り返し数を表し、0〜3の整数を表す。 - 請求項9〜12のいずれか1項に記載の化学増幅型レジスト組成物により形成されるレジスト膜。
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