WO2019220878A1 - 感放射線性組成物及びパターン形成方法 - Google Patents
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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Definitions
- the present invention relates to a radiation-sensitive composition and a pattern forming method.
- Common radiation-sensitive compositions used for microfabrication by lithography include electromagnetic waves such as deep ultraviolet rays (eg, ArF excimer laser light, KrF excimer laser light, etc.), extreme ultraviolet rays (EUV), and electron beams (EB).
- An acid is generated in the exposed area by exposure of a charged particle beam or the like, and a chemical reaction using this acid as a catalyst causes a difference in dissolution rate in the developing solution between the exposed area and the unexposed area, thereby forming a pattern on the substrate.
- the formed pattern can be used as a mask or the like in substrate processing.
- Such radiation-sensitive compositions are required to improve resist performance as processing technology becomes finer.
- the types of polymers, acid generators, and other components used in the composition, the molecular structure, and the like have been studied, and further their combinations have been studied in detail (Japanese Patent Laid-Open No. 11-125907, (See JP-A-8-146610 and JP-A-2000-298347).
- Such particles can absorb EUV light and the like to generate secondary electrons and promote the generation of acid from the acid generator by the action of the secondary electrons, thereby improving the sensitivity. Conceivable.
- the radiation-sensitive composition using such particles still has a low pattern-forming property, and when forming a wide range of patterns for various electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal devices, the pattern spacing is reduced during development. The film remains on the surface, and the scum cannot be suppressed.
- the present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a radiation-sensitive composition and a pattern formation method that are excellent in pattern formation and scum suppression.
- the invention made in order to solve the above-mentioned problems is a particle having one or more first functional groups (hereinafter also referred to as “functional group (I)”) and containing a metal oxide as a main component (hereinafter referred to as “ [A] particles ”) and a compound having one or more second functional groups (hereinafter also referred to as“ functional groups (II) ”) that react with the functional group (I) (hereinafter referred to as“ [B] ”).
- Compound and an organic solvent (hereinafter also referred to as“ [C] organic solvent ”).
- Another invention made to solve the above problems includes a step of directly or indirectly coating a substrate with a radiation-sensitive composition, a step of exposing a film formed by the coating step, and the exposure step.
- a step of developing the subsequent film wherein the radiation-sensitive composition has one or a plurality of first functional groups (functional group (I)) and has a metal oxide as a main component ([A Particles), a compound ([B] compound) having one or more second functional groups (functional group (II)) that reacts with the functional group (I), and an organic solvent ([C] organic solvent) It is a pattern formation method containing this.
- a pattern in which scum is suppressed can be formed. Therefore, these can be suitably used for forming a fine resist pattern in the lithography process of various electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal devices that are expected to be further miniaturized in the future.
- the radiation-sensitive composition contains [A] particles, a [B] compound, and a [C] organic solvent.
- the radiation-sensitive composition includes a radiation-sensitive acid generator (hereinafter also referred to as “[D] acid generator”) and / or a radical scavenger (hereinafter referred to as “[E] radical scavenger”) as suitable components. In the range which does not impair the effects of the present invention.
- the radiation-sensitive composition contains [A] particles, a [B] compound, and a [C] organic solvent, and the [A] particles have a metal oxide as a main component and one or more functional groups (I).
- the [B] compound has one or more functional groups (II) that react with the functional group (I), and is thus excellent in pattern formation and scum suppression.
- the reason why the radiation-sensitive composition has the above-described configuration provides the above-mentioned effect is not necessarily clear, but can be inferred as follows, for example. That is, when the functional group (I) of the [A] particle reacts with the functional group (II) of the [B] compound by exposure such as EUV or EB, the polarity in the radiation-sensitive composition is effectively increased. As a result, the solubility in the developing solution is changed, so that the pattern forming property is improved and the remaining of the film is suppressed, so that the scum suppressing property is improved.
- each component will be described.
- Particles are particles having one or a plurality of functional groups (I) and containing a metal oxide as a main component.
- the radiation-sensitive composition contains a plurality of [A] particles.
- Metal oxide refers to a compound containing a metal atom and an oxygen atom.
- the “main component” means a substance having the highest content rate among substances constituting the particles, preferably a content rate of 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
- the radiation-sensitive composition can form a pattern by changing the solubility of the [A] particles in the developer by exposure of the formed film.
- Metal oxide examples of the metal atom constituting the metal oxide of the particles (hereinafter also referred to as “[m] metal atom”) include Group 3 to Group 16 metal atoms. [A] The particles may have one or more [m] metal atoms.
- Group 3 metal atoms include scandium, yttrium, lanthanum, cerium, and the like.
- Examples of Group 4 metal atoms include titanium, zirconium, hafnium, and the like.
- Examples of Group 5 metal atoms include vanadium, niobium, and tantalum.
- Examples of Group 6 metal atoms include chromium, molybdenum, and tungsten.
- Examples of Group 7 metal atoms include manganese and rhenium.
- Group 8 metal atoms include iron, ruthenium, osmium, Examples of Group 9 metal atoms include cobalt, rhodium, iridium, Group 10 metal atoms include nickel, palladium, platinum, and the like.
- Group 11 metal atoms include copper, silver, and gold.
- Group 12 metal atoms include zinc, cadmium, mercury, etc.
- Examples of Group 13 metal atoms include aluminum, gallium, and indium.
- Group 14 metal atoms include germanium, tin, lead, etc. Antimony, bismuth, etc. as group 15 metal atoms, Examples of the Group 16 metal atom include tellurium.
- the [m] metal atom is preferably a group 3 to 15 metal atom, more preferably a group 4, 5 or 14 metal atom, titanium, zirconium, tantalum, tungsten, tin or These combinations are further preferred, and zirconium is particularly preferred.
- the metal oxide may contain other atoms than [m] metal atom and oxygen atom.
- the other atoms include semi-metal atoms such as boron and silicon, carbon atoms, hydrogen atoms, nitrogen atoms, phosphorus atoms, sulfur atoms, and halogen atoms.
- the content (mass%) of the metalloid atom in the metal oxide is usually smaller than the content of the [m] metal atom.
- the lower limit of the total content of [m] metal atom and oxygen atom in the metal oxide is preferably 30% by mass, more preferably 50% by mass, further preferably 70% by mass, and particularly preferably 90% by mass.
- the upper limit of the total content is preferably 99.9% by mass.
- the lower limit of the metal oxide content in the [A] particles is preferably 60% by mass, more preferably 80% by mass, and still more preferably 95% by mass. Moreover, 100 mass% may be sufficient as the content rate of the said metal oxide. By making the content rate of the said metal oxide into the said range, the pattern formation property and scum suppression property of the said radiation sensitive composition can be improved more.
- the particles may contain one or more of the above metal oxides.
- the particles have one or more functional groups (I).
- Particles include, for example, a ligand derived from an organic acid having the [m] metal atom and the functional group (I) (hereinafter also referred to as “[a] organic acid”) (hereinafter referred to as “[[ p] (also referred to as “ligand”) (hereinafter also referred to as “[A1] particles”).
- [a] organic acid hereinafter referred to as “[[ p] (also referred to as “ligand”)
- [A1] particles examples include [a] organic acids and ions derived from [a] organic acids.
- the [p] ligand is considered to be coordinated to the [m] metal atom in the [A1] particle.
- the particles usually have a plurality of functional groups (I).
- organic acid refers to an organic compound exhibiting acidity
- organic compound refers to a compound having at least one carbon atom
- the [A1] particles contain a metal oxide containing [m] metal atoms and [a] organic acids or ligands such as ions derived from [a] organic acids, whereby the radiation-sensitive composition.
- the pattern forming property and scum suppression property of the object can be further improved. This is because, for example, the presence of [a] organic acid in the vicinity of the surface of [A1] particles due to the interaction with [m] metal atoms improves the solubility or dispersibility of [A1] particles in the solvent. Conceivable.
- the organic acid is an organic acid having a functional group (I).
- the lower limit of the pKa of the organic acid is preferably 0, more preferably 1, more preferably 1.5, and particularly preferably 3.
- the upper limit of the pKa is preferably 7, more preferably 6, more preferably 5.5, and particularly preferably 5.
- the pKa of [a] the organic acid is the first acid dissociation constant, that is, the common logarithm of the reciprocal of the dissociation constant for the dissociation of the first proton.
- the organic acid may be a low molecular compound or a high molecular compound, but a low molecular compound is preferable from the viewpoint of adjusting the interaction with the metal atom to a moderately weak one.
- the low molecular compound means a compound having a molecular weight of 1,500 or less
- the high molecular compound means a compound having a molecular weight of more than 1,500.
- the lower limit of the molecular weight of the organic acid is preferably 50, more preferably 80.
- the upper limit of the molecular weight is preferably 1,000, more preferably 500, still more preferably 400, and particularly preferably 300.
- Examples of the organic acid include carboxylic acid, sulfonic acid, sulfinic acid, organic phosphinic acid, organic phosphonic acid, phenols, enol, thiol, acid imide, oxime, sulfonamide, and the functional group (I). And the like.
- carboxylic acid examples include formic acid, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, oleic acid, stearic acid, linoleic acid, Monocarboxylic acids such as linolenic acid, arachidonic acid, benzoic acid, p-aminobenzoic acid, monochloroacetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, pentafluoropropionic acid, gallic acid, shikimic acid; Dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, maleic acid, methylmalonic acid, fumaric acid, adipic acid, sebacic acid, phthalic acid; Examples thereof include carboxylic acids having 3 or more
- sulfonic acid examples include benzenesulfonic acid and p-toluenesulfonic acid.
- sulfinic acid examples include benzenesulfinic acid and p-toluenesulfinic acid.
- organic phosphinic acid examples include diethylphosphinic acid, methylphenylphosphinic acid, diphenylphosphinic acid and the like.
- organic phosphonic acid examples include methylphosphonic acid, ethylphosphonic acid, t-butylphosphonic acid, cyclohexylphosphonic acid, and phenylphosphonic acid.
- phenols examples include monovalent phenols such as phenol, cresol, 2,6-xylenol, and naphthol; Divalent phenols such as catechol, resorcinol, hydroquinone, 1,2-naphthalenediol; Examples thereof include trivalent or higher phenols such as pyrogallol and 2,3,6-naphthalenetriol.
- Examples of the enol include 2-hydroxy-3-methyl-2-butene and 3-hydroxy-4-methyl-3-hexene.
- Examples of the thiol include mercaptoethanol and mercaptopropanol.
- the acid imide examples include carboxylic acid imides such as maleimide and succinimide; Examples thereof include sulfonic acid imides such as di (trifluoromethanesulfonic acid) imide and di (pentafluoroethanesulfonic acid) imide.
- Examples of the oxime include aldoximes such as benzaldoxime and salicylaldoxime; Examples thereof include ketoximes such as diethyl ketoxime, methyl ethyl ketoxime, and cyclohexanone oxime.
- sulfonamide examples include methylsulfonamide, ethylsulfonamide, benzenesulfonamide, and toluenesulfonamide.
- the organic acid is preferably a carboxylic acid having a functional group (I) from the viewpoint of further improving the pattern forming property and scum suppression of the radiation-sensitive composition, and the monocarboxylic acid having a functional group (I).
- An acid is more preferable, a monocarboxylic acid having an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group is further preferable, and methacrylic acid is particularly preferable.
- [A1] Particles containing [m] metal atoms and [p] ligands are preferred as the [A1] particles, and the [m] metal atoms and functional groups (I) of Group 4, 5 or 14 are used. More preferably, particles containing a ligand derived from a carboxylic acid having a coordination derived from a monocarboxylic acid having an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group and titanium, zirconium, hafnium, tantalum, tungsten or tin. More preferably, particles containing a child are used, and particles containing zirconium and methacrylic acid are particularly preferred.
- the lower limit of the content of the [p] ligand in the [A1] particles is preferably 1% by mass, more preferably 5% by mass, and even more preferably 10% by mass.
- an upper limit of the said content rate 90 mass% is preferable, 70 mass% is more preferable, and 50 mass% is further more preferable.
- the [A] particles containing a metal atom and a [p] ligand are, for example, a metal compound having a hydrolyzable group (hereinafter, also referred to as “metal compound (I)”), a hydrolyzate or hydrolyzate thereof.
- metal compound (I) a metal compound having a hydrolyzable group
- hydrolysis condensation reaction means that [b] the hydrolyzable group of the metal-containing compound is hydrolyzed to be converted to —OH, and the obtained two —OH are dehydrated and condensed to —O— Refers to the reaction in which is formed.
- the metal-containing compound is a metal compound (I) having a hydrolyzable group, a hydrolyzate or a hydrolyzed condensate thereof, or a combination thereof.
- Metal compound (I) can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
- hydrolyzable group examples include a halogen atom, an alkoxy group, and an acyloxy group.
- halogen atom examples include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
- alkoxy group examples include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, and a butoxy group.
- acyloxy group examples include an acetoxy group, an ethylyloxy group, a propionyloxy group, a butyryloxy group, a t-butyryloxy group, a 1,1-dimethylpropylcarbonyloxy group, an n-hexylcarbonyloxy group, and an n-octylcarbonyloxy group. Can be mentioned.
- the hydrolyzable group is preferably an alkoxy group or an acyloxy group, and more preferably an isopropoxy group or an acetoxy group.
- the hydrolysis condensate of the metal compound (I) has a hydrolyzable group unless the effects of the present invention are impaired. It may be a hydrolysis-condensation product of the metal (I) having and a compound containing a metalloid atom. That is, the hydrolysis condensate of metal compound (I) may contain a metalloid atom within a range not impairing the effects of the present invention. Examples of the metalloid atom include boron and silicon.
- the content rate of the metalloid atom in the hydrolysis condensate of metal compound (I) is usually less than 50 atomic% with respect to the total of metal atoms and metalloid atoms in the hydrolysis condensate.
- As an upper limit of the content rate of the said half-metal atom 30 atomic% is preferable with respect to the sum total of the metal atom and half-metal atom in the said hydrolysis-condensation product, and 10 atomic% is more preferable.
- Examples of the metal compound (I) include a compound represented by the following formula (A) (hereinafter also referred to as “metal compound (I-1)”).
- metal compound (I-1) a compound represented by the following formula (A) (hereinafter also referred to as “metal compound (I-1)”).
- M is the above [m] metal atom.
- L is a ligand.
- a is an integer of 0-2.
- Y is a hydrolyzable group selected from a halogen atom, an alkoxy group and an acyloxy group.
- b is an integer of 2 to 6.
- L is a ligand not corresponding to Y.
- Examples of the [m] metal atom represented by M include metal atoms similar to those exemplified as the [m] metal atom constituting the metal oxide contained in the [A] particle.
- Examples of the ligand represented by L include a monodentate ligand and a polydentate ligand.
- Examples of the monodentate ligand include hydroxo ligand, carboxy ligand, amide ligand, ammonia and the like.
- amide ligand examples include unsubstituted amide ligand (NH 2 ), methylamide ligand (NHMe), dimethylamide ligand (NMe 2 ), diethylamide ligand (NEt 2 ), and dipropylamide. And a ligand (NPr 2 ).
- polydentate ligand examples include hydroxy acid ester, ⁇ -diketone, ⁇ -keto ester, ⁇ -dicarboxylic acid ester, hydrocarbon having ⁇ bond, and diphosphine.
- hydroxy acid ester examples include glycolic acid ester, lactic acid ester, 2-hydroxycyclohexane-1-carboxylic acid ester, and salicylic acid ester.
- Examples of the ⁇ -diketone include 2,4-pentanedione, 3-methyl-2,4-pentanedione, 3-ethyl-2,4-pentanedione, and the like.
- ⁇ -ketoester examples include acetoacetate ester, ⁇ -alkyl substituted acetoacetate ester, ⁇ -ketopentanoic acid ester, benzoyl acetate ester, 1,3-acetone dicarboxylic acid ester and the like.
- Examples of the ⁇ -dicarboxylic acid ester include malonic acid diester, ⁇ -alkyl substituted malonic acid diester, ⁇ -cycloalkyl substituted malonic acid diester, ⁇ -aryl substituted malonic acid diester, and the like.
- hydrocarbon having a ⁇ bond examples include chain olefins such as ethylene and propylene; Cyclic olefins such as cyclopentene, cyclohexene, norbornene; Chain dienes such as butadiene and isoprene; Cyclic dienes such as cyclopentadiene, methylcyclopentadiene, pentamethylcyclopentadiene, cyclohexadiene, norbornadiene; Examples thereof include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, hexamethylbenzene, naphthalene, and indene.
- chain olefins such as ethylene and propylene
- Cyclic olefins such as cyclopentene, cyclohexene, norbornene
- Chain dienes such as butadiene and isoprene
- Cyclic dienes such as cyclopentadiene, methylcyclopen
- diphosphine examples include 1,1-bis (diphenylphosphino) methane, 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane, and 2,2′-bis (diphenyl). Phosphino) -1,1′-binaphthyl, 1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene and the like.
- Examples of the halogen atom represented by Y include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
- Examples of the alkoxy group represented by Y include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, a sec-butoxy group, and a t-butoxy group.
- Examples of the acyloxy group represented by Y include an acetoxy group, propionyloxy group, n-butyryloxy group, i-butyryloxy group, t-butyryloxy group, 1,1-dimethylpropylcarbonyloxy group, n-hexylcarbonyloxy group, and n-octylcarbonyloxy group.
- Y is preferably an alkoxy group or an acyloxy group, more preferably an isopropoxy group or an acetoxy group, and even more preferably an isopropoxy group.
- A is preferably 0 or 1, more preferably 0.
- b 3 or 4 is preferable and 4 is more preferable.
- the metal-containing compound is preferably a metal alkoxide that is neither hydrolyzed nor hydrolyzed, or a metal acyloxide that is neither hydrolyzed nor hydrolyzed.
- Examples of the metal-containing compound include zirconium / tetra n-butoxide, zirconium / tetra n-propoxide, zirconium / tetraisopropoxide, hafnium / tetraethoxide, indium / triisopropoxide, and hafnium / tetraisopropoxide.
- the lower limit of the amount of the organic acid used is 10 masses per 100 parts by mass of the [b] metal-containing compound. Part is preferable, and 100 parts by mass is more preferable.
- an upper limit of the usage-amount of the said organic acid 1000 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of [b] metal containing compounds, 700 mass parts is more preferable, 500 mass parts is further more preferable, 400 mass parts Is particularly preferred.
- the usage-amount of said [a] organic acid into the said range By making the usage-amount of said [a] organic acid into the said range, the content rate of [a] organic acid in the [A] particle
- the compound or bridge which can be a multidentate ligand represented by L in the compound of the above formula (A) You may add the compound etc. which can become a ligand.
- the compound that can be a bridging ligand include compounds having a plurality of hydroxy groups, isocyanate groups, amino groups, ester groups, and amide groups.
- Examples of the method for performing the hydrolysis-condensation reaction using the metal-containing compound include a method in which the [b] metal-containing compound is subjected to a hydrolysis-condensation reaction in a solvent containing water. In this case, you may add the other compound which has a hydrolysable group as needed.
- the lower limit of the amount of water used for this hydrolysis-condensation reaction is preferably 0.2-fold mol, more preferably 1-fold mol, and 3-fold mol based on the hydrolyzable group of [b] metal-containing compound. Further preferred.
- the upper limit of the amount of water is preferably 20 times mol, more preferably 15 times mol, and even more preferably 10 times mol.
- the amount of water in the hydrolysis-condensation reaction within the above range, the content of the metal oxide in the obtained [A] particles can be increased. As a result, the pattern forming property and scum of the radiation-sensitive composition can be increased. Suppression can be further improved.
- Examples of a method for performing a ligand exchange reaction using a metal-containing compound include a method of mixing [b] a metal-containing compound and [a] an organic acid. In this case, it may be mixed in a solvent or may be mixed without using a solvent. Moreover, in the said mixing, you may add bases, such as a triethylamine, as needed. The amount of the base added is, for example, from 1 part by mass to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of [b] metal-containing compound and [a] organic acid.
- the lower limit of the amount of the [a] organic acid used is [b] with respect to 100 parts by mass of the metal-containing compound. 10 mass parts is preferable and 100 mass parts is more preferable.
- the upper limit of the amount [a] of the organic acid used is preferably 1,000 parts by weight, more preferably 700 parts by weight, and even more preferably 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of [b] metal-containing compound. 400 parts by weight is particularly preferred.
- the usage-amount of said [a] organic acid into the said range By making the usage-amount of said [a] organic acid into the said range, the content rate of [a] organic acid in the [A] particle
- the solvent used for the synthesis reaction of the particles is not particularly limited, and for example, the same solvents as those exemplified as the [C] organic solvent described later can be used.
- alcohol solvents, ether solvents, ester solvents or hydrocarbon solvents are preferred, alcohol solvents, ether solvents or ester solvents are more preferred, polyhydric alcohol partial ether solvents, monocarboxylic acids.
- An ester solvent or a cyclic ether solvent is more preferable, and propylene glycol monoethyl ether, ethyl acetate, or tetrahydrofuran is particularly preferable.
- the organic solvent used may be removed after the reaction, but without removing it after the reaction, it is used as the [C] organic solvent of the radiation-sensitive composition as it is. You can also.
- the lower limit of the temperature of the particle synthesis reaction is preferably 0 ° C, more preferably 10 ° C.
- 150 degreeC is preferable and 100 degreeC is more preferable.
- the lower limit of the synthesis reaction time of the particles is preferably 1 minute, more preferably 10 minutes, and even more preferably 1 hour.
- the upper limit of the time is preferably 100 hours, more preferably 50 hours, and even more preferably 10 hours.
- grains are obtained by wash
- the upper limit of the average particle diameter of [A] particles is preferably 20 nm, more preferably 15 nm, further preferably 10 nm, particularly preferably 8 nm, further particularly preferably 5 nm, and most preferably 3 nm.
- the lower limit of the average particle diameter is preferably 0.5 nm, and more preferably 1 nm.
- the lower limit of the content of the particles is preferably 50% by mass, more preferably 70% by mass, and 90% by mass with respect to all components other than the [C] organic solvent in the radiation-sensitive composition. Further preferred. As an upper limit of the said content, 99 mass% is preferable and 95 mass% is more preferable. [A] By making content of a particle into the said range, the pattern formation property and scum suppression property of the said radiation sensitive composition can be improved more.
- the radiation-sensitive composition may contain one or more [A] particles.
- the compound is a compound having one or more functional groups (II).
- the functional group (II) is a functional group that reacts with the functional group (I) of the [A] particle.
- the functional group (II) is a functional group that reacts with the functional group (I) of the [A] particle.
- the reaction between the functional group (I) and the functional group (II) is particularly limited if it is a reaction in which the structure of the functional group (I) and the functional group (II) changes before and after the reaction, resulting in a change in polarity.
- redox reaction, disproportionation reaction, condensation reaction, polymerization reaction, addition reaction and the like can be mentioned. Of these, addition reactions are preferred.
- Examples of the addition reaction include a reaction in which a thioether group is formed from an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group and a sulfanyl group, and a substituted amino group is formed from an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group and an amino group.
- reaction in which an ether group is formed from an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group and a hydroxy group a reaction in which a thiocarbamate group is formed from an isocyanate group and a sulfanyl group, a urea from an isocyanate group and an amino group
- reaction in which a carbamate group is formed from an isocyanate group and a hydroxy group reaction in which a triazole ring is formed from a carbon-carbon triple bond-containing group and an azide group, a carboxy group and an epoxy group (oxiranyl group) Or an oxetanyl group) to form a carbonyloxy (hydroxy) alkanediyl group. Reaction, and the like that.
- one of the functional group (I) and the functional group (II) is an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group, protected or unprotected.
- One of (II) is a carbon-carbon triple bond-containing group and the other is an azide group.
- Examples of the ethylenic carbon-carbon double bond-containing group include an ethenyl group, an allyl group, a styryl group, and a (meth) acryl group.
- Examples of the carbon-carbon triple bond-containing group include an ethynyl group, a propargyl group, and an ethynylphenyl group.
- protecting groups for isocyanate groups, sulfanyl groups, amino groups and hydroxy groups include groups that are deprotected by the action of acids, groups that are deprotected by the action of bases, groups that are deprotected by the action of EUV or EB, etc. Is mentioned.
- a group that is deprotected by the action of an acid is deprotected by the action of an acid generated from, for example, [D] an acid generator by the action of radiation.
- a group that is deprotected by the action of a base is deprotected by the action of a base generated from a radiation sensitive base generator or the like by the action of radiation, for example.
- a group that is deprotected by the action of EUV or EB is deprotected by the action of EUV or EB to produce an isocyanate group, a sulfanyl group, an amino group, or a hydroxy group.
- a group that is deprotected by the action of an acid or a group that is deprotected by the action of EUV or EB is preferred, and a group that is deprotected by the action of an acid is more preferred.
- Examples of the protecting group for the isocyanate group include blocking agents such as dimethylpyrazole, diethylpyrazole, methylethylketoxime, and caprolactam.
- Examples of the protecting group for the sulfanyl group include an arylcarbamoyl group such as a phenylcarbamoyl group and a triarylmethyl group such as a triphenylmethyl group.
- amino group includes not only —NH 2 but also substituted amino groups such as a methylamino group and a dimethylamino group.
- amino-protecting group include alkoxycarbonyl groups such as t-butoxycarbonyl group.
- Examples of the protective group for the hydroxy group include tertiary alkyl groups such as t-butyl group and t-amyl group, trialkylsilyl groups such as trimethylsilyl group, triethylsilyl group and t-butyldimethylsilyl group, methoxymethyl group, ethoxy Examples thereof include an alkoxymethyl group such as a methyl group.
- Examples of the organic acid when the functional group (I) is an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group include acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, vinyl benzoic acid, allyloxybenzoic acid, and 3-butenyloxybenzoic acid. An acid etc. are mentioned.
- Examples of the [a] organic acid when the functional group (I) is a protected or non-protected isocyanate group include isocyanate acetic acid, isocyanate propionic acid, and isocyanate benzoic acid.
- Examples of the [a] organic acid when the functional group (I) is a carbon-carbon triple bond-containing group include ethynylacetic acid, ethynylpropionic acid, ethynylbenzoic acid and the like.
- Examples of the [B] compound when the functional group (II) is a protected or non-protected sulfanyl group include 3-sulfanylpropionic acid, di (4-sulfanylphenyl) thioether, and the like.
- Examples of the compound [B] when the functional group (II) is a protected or non-protected amino group include 3-Nt-butoxycarbonylaminopropionic acid, N, N′-di (t-butoxycarbonyl) ethylenediamine Etc.
- Examples of the [B] compound when the functional group (II) is a protected or non-protected hydroxy group include 3-hydroxypropionic acid, di (4-hydroxyphenyl) ether, and the like.
- Examples of the compound [B] when the functional group (II) is a combination of a sulfanyl group and a protected or unprotected amino group include 1-sulfanyl-2-N- (t-butoxycarbonyl) aminoethane and the like. .
- Examples of the [B] compound when the functional group (II) is an azide group include phenyl azide and cyclohexyl azide.
- the number of functional groups (II) possessed by the compound is preferably an integer of 1 to 3, more preferably 1 or 2, and even more preferably 2.
- the functional group (I) is an ethylenic carbon-carbon double bond-containing group, a protected or unprotected isocyanate group, or a combination thereof. Or a carbon-carbon triple bond-containing group, and the functional group (II) is a protected or unprotected sulfanyl group, a protected or unprotected amino group, a protected or unprotected hydroxy group, or a combination thereof Or an azido group.
- the lower limit of the content of the compound is preferably 0.1 parts by weight, more preferably 1 part by weight, further preferably 3 parts by weight, and particularly preferably 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the [A] particles. preferable.
- 100 mass parts is preferable, 60 mass parts is more preferable, 40 mass parts is further more preferable, 30 mass parts is especially preferable.
- the organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent that can dissolve or disperse at least the [A] particles and the [B] compound and optional components contained as necessary.
- [C] 1 type (s) or 2 or more types can be used for an organic solvent.
- organic solvent examples include alcohol solvents, ether solvents, ketone solvents, amide solvents, ester solvents, hydrocarbon solvents, and the like.
- the alcohol solvent examples include aliphatic monoalcohol solvents having 1 to 18 carbon atoms such as isopropyl alcohol, 4-methyl-2-pentanol, and n-hexanol; An alicyclic monoalcohol solvent having 3 to 18 carbon atoms such as cyclohexanol; A polyhydric alcohol solvent having 2 to 18 carbon atoms such as 1,2-propylene glycol; Examples thereof include polyhydric alcohol partial ether solvents having 3 to 19 carbon atoms such as propylene glycol monomethyl ether.
- ether solvents include dialkyl ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, dipentyl ether, diisoamyl ether, dihexyl ether, and diheptyl ether; Cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran; And aromatic ring-containing ether solvents such as diphenyl ether and anisole.
- dialkyl ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, dipentyl ether, diisoamyl ether, dihexyl ether, and diheptyl ether
- Cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran
- aromatic ring-containing ether solvents such as diphenyl ether and anisole.
- ketone solvent examples include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl-iso-butyl ketone, 2-heptanone, ethyl-n-butyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, Chain ketone solvents such as di-iso-butyl ketone and trimethylnonanone: Cyclic ketone solvents such as cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone and methylcyclohexanone: Examples include 2,4-pentanedione, acetonylacetone, acetophenone, and the like.
- amide solvent examples include cyclic amide solvents such as N, N′-dimethylimidazolidinone and N-methylpyrrolidone; Examples thereof include chain amide solvents such as N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methylpropionamide.
- cyclic amide solvents such as N, N′-dimethylimidazolidinone and N-methylpyrrolidone
- chain amide solvents such as N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methylpropionamide.
- ester solvents include monocarboxylic acid ester solvents such as n-butyl acetate and ethyl lactate; Polyhydric alcohol carboxylate solvents such as propylene glycol acetate; Polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA); Polycarboxylic acid diester solvents such as diethyl oxalate; Examples thereof include carbonate solvents such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate.
- monocarboxylic acid ester solvents such as n-butyl acetate and ethyl lactate
- Polyhydric alcohol carboxylate solvents such as propylene glycol acetate
- Polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA)
- Polycarboxylic acid diester solvents such as diethyl oxalate
- Examples thereof include carbonate solvents such as dimethyl carbonate and die
- hydrocarbon solvent examples include aliphatic hydrocarbon solvents having 5 to 12 carbon atoms such as n-pentane and n-hexane; Examples thereof include aromatic hydrocarbon solvents having 6 to 16 carbon atoms such as toluene and xylene.
- ester solvents are preferred, polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvents are more preferred, and PGMEA is even more preferred.
- the acid generator is a component that generates an acid upon irradiation with radiation.
- the action of the acid generated from the acid generator can further promote changes in the solubility of the [A] particles in the radiation-sensitive composition in the developer. As a result, pattern formation and Scum suppression can be further improved.
- Examples of the acid generator include onium salt compounds, N-sulfonyloxyimide compounds, halogen-containing compounds, diazoketone compounds, and the like.
- onium salt compounds examples include sulfonium salts, tetrahydrothiophenium salts, iodonium salts, phosphonium salts, diazonium salts, pyridinium salts, and the like.
- sulfonium salt examples include triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, triphenylsulfonium perfluoro-n-octanesulfonate, triphenylsulfonium 2-bicyclo [2.2.1] hept- 2-yl-1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate, triphenylsulfonium camphorsulfonate, 4-cyclohexylphenyldiphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, 4-methanesulfonylphenyldiphenylsulfonium nonafluoro-n-butane Sulfonate, triphenylsulfonium 1,1,2,2-tetrafluoro-6- (1-adamantanecarbonyloxy) -hex
- tetrahydrothiophenium salt examples include 1- (4-n-butoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-n-butoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium nona.
- iodonium salt examples include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-n-butanesulfonate, diphenyliodonium perfluoro-n-octanesulfonate, diphenyliodonium 2-bicyclo [2.2.1] hept-2-yl- Examples include 1,1,2,2-tetrafluoroethane sulfonate, diphenyl iodonium camphor sulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butane sulfonate, and the like.
- N-sulfonyloxyimide compounds include N- (trifluoromethylsulfonyloxy) -1,8-naphthalimide, N- (trifluoromethylsulfonyloxy) bicyclo [2.2.1] hept-5-ene- 2,3-dicarboximide, N- (nonafluoro-n-butylsulfonyloxy) bicyclo [2.2.1] hept-5-ene-2,3-dicarboximide, N- (perfluoro-n-octyl) Sulfonyloxy) -1,8-naphthalimide, N- (perfluoro-n-octylsulfonyloxy) bicyclo [2.2.1] hept-5-ene-2,3-dicarboximide, N- (2- Bicyclo [2.2.1] hept-2-yl-1,1,2,2-tetrafluoroethylsulfonyloxy) bicyclo
- the acid generator is preferably an onium salt compound or an N-sulfonyloxyimide compound, more preferably a sulfonium salt or an N-sulfonyloxyimide compound, and a triphenylsulfonium salt or an N-sulfonyloxyimide compound. More preferred are compounds, with triphenylsulfonium nonafluoro-n-butane-1-sulfonate or N- (trifluoromethylsulfonyloxy) -1,8-naphthalimide being particularly preferred.
- the said radiation sensitive composition contains a [D] acid generator, as a minimum of content of a [D] acid generator, with respect to all components other than the [C] organic solvent of the said radiation sensitive composition.
- 1 mass% is preferable, 4 mass% is more preferable, and 8 mass% is further more preferable.
- 40 mass% is preferable, 30 mass% is more preferable, and 20 mass% is further more preferable.
- the said radiation sensitive composition contains a [D] acid generator
- a [D] acid generator As a minimum of content of a [D] acid generator, 1 mass part is preferable with respect to 100 mass parts of [A] particle
- [D] By making content of an acid generator into the said range, the pattern formation property and scum suppression of the said radiation sensitive composition can be improved more.
- [D] 1 type (s) or 2 or more types can be used for an acid generator.
- a radical scavenger is a compound capable of scavenging radicals and suppressing radical chain reaction.
- examples of the radical scavenger include stable nitroxyl radical compounds, sulfide compounds, quinone compounds, phenol compounds, amine compounds, phosphite compounds and the like (however, they correspond to [A] particles and [B] compounds). Except stuff).
- stable nitroxyl radical compounds include piperidine 1-oxyl free radical, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1- Oxyl free radical, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical, 4-acetamido-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical, 4-maleimide- 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical, 4-phosphonoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical, 3-carboxy-2,2,5,5- And tetramethylpyrrolidine 1-oxyl free radical.
- sulfide compound examples include phenothiazine, pentaerythritol-tetrakis (3-laurylthiopropionate), didodecyl sulfide, dioctadecyl sulfide, didodecylthiodipropionate, dioctadecylthiodipropionate, dimyristylthiodipropionate. , Dodecyl octadecyl thiodipropionate, 2-mercaptobenzimidazole, and the like.
- quinone compound examples include benzoquinone, 2,5-diphenyl-p-benzoquinone, p-toluquinone, p-xyloquinone, 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone and the like.
- phenol compound examples include hydroquinone, 4-methoxyphenol, 4-tert-butoxyphenol, catechol, 4-tert-butylcatechol, 2,5-di-tert-butylhydroquinone, 2,6-di-tert-butyl- 4-Methylphenol, 2,6-di-tert-butyl-m-cresol, pyrogallol, 2-naphthol and the like can be mentioned.
- amine compound examples include N- (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) dodecyl succinimide, N, N′-bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl).
- phosphite compound examples include triisodecyl phosphite, diphenylisodecyl phosphite, triphenyl phosphite, and trinonylphenyl phosphite.
- radical scavenger in addition to the above compounds, for example, a high molecular weight radical scavenger such as “Kimasorb 2020” from BASF, “Adeka Stab LA-68” from ADEKA, etc. can be used.
- the [E] radical scavenger a stable nitroxyl radical compound is preferable, and a 2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl free radical is more preferable.
- the said radiation sensitive composition contains [E] radical scavenger
- [E] By making content of a radical scavenger into the said range, pattern formation property and scum suppression property can be improved more.
- ⁇ Other optional components examples include a radiation-sensitive radical generator, an acid diffusion controller, and a surfactant.
- the radiation-sensitive composition may use one or more other optional components.
- the radiation-sensitive radical generator is a component that generates radicals upon irradiation with radiation.
- a known compound can be used as the radiation-sensitive radical generator.
- the content of the radiation-sensitive radical generator can be variously set within a range that does not impair the effects of the present invention.
- the acid diffusion controlling agent controls the diffusion phenomenon in the film of the acid generated from the [D] acid generator or the like by exposure, and has an effect of suppressing an undesirable chemical reaction in the non-exposed region.
- the storage stability of the radiation-sensitive composition is further improved, and the resolution is further improved. Furthermore, a change in the line width of the pattern due to fluctuations in the holding time from exposure to development processing can be suppressed, and a radiation-sensitive composition excellent in process stability can be obtained.
- Examples of the acid diffusion controller include a nitrogen atom-containing compound, a photodegradable base that generates a weak acid upon irradiation with radiation, and the like.
- nitrogen atom-containing compound examples include monoalkylamines such as n-hexylamine; dialkylamines such as di-n-butylamine; trialkylamines such as triethylamine; monoamines such as aromatic amines such as aniline; Diamines such as ethylenediamine, N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine, Polyamines such as polyethyleneimine and polyallylamine, Amine compounds such as polymers such as dimethylaminoethylacrylamide, Amide group-containing compounds such as formamide and N-methylformamide, Urea compounds such as urea and methylurea, Pyridine compounds such as pyridine and 2-methylpyridine; morpholine compounds such as N-propylmorpholine and N- (undecylcarbonyloxyethyl) morpholine; nitrogen-containing heterocyclic compounds such as pyrazine and pyrazole; Examples thereof include nitrogen-containing heterocyclic compounds having an acid
- Examples of the photodegradable base include onium salt compounds that lose acid diffusion controllability by exposure.
- Examples of such onium salt compounds include triphenylsulfonium salts and diphenyliodonium salts.
- photodegradable base examples include triphenylsulfonium salicylate and triphenylsulfonium 10-camphor sulfonate.
- the said radiation sensitive composition contains an acid diffusion control agent
- an acid diffusion control agent as a minimum of content of an acid diffusion control agent, with respect to all components other than the [C] organic solvent of the said radiation sensitive composition, 0. 1 mass% is preferable, 0.3 mass% is more preferable, and 1 mass% is further more preferable.
- As an upper limit of the said content 20 mass% is preferable, 10 mass% is more preferable, and 5 mass% is further more preferable.
- the said radiation sensitive composition contains an acid diffusion control agent
- 0.1 mass part is preferable with respect to 100 mass parts of [A] particle
- 20 mass parts is preferable, 10 mass parts is more preferable, and 5 mass parts is further more preferable.
- the pattern-forming property and scum suppression of the radiation-sensitive composition can be further improved.
- a surfactant is a component that exhibits an effect of improving coating properties, striation and the like.
- the surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene n-octylphenyl ether, polyoxyethylene n-nonylphenyl ether, polyethylene glycol dilaurate, polyethylene glycol Nonionic surfactants such as distearate are listed.
- Examples of commercially available surfactants include KP341 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), Polyflow No. 75, no.
- the radiation-sensitive composition preferably comprises, for example, [A] particles, [B] compound, [C] organic solvent and, if necessary, [D] other optional components such as acid generators mixed in a predetermined ratio. Can be prepared by filtering the resulting mixture with a filter having a pore size of about 0.2 ⁇ m.
- 0.1 mass% is preferred, 0.5 mass% is more preferred, 1 mass% is still more preferred, and 3 mass% is especially preferred.
- the upper limit of the solid content concentration is preferably 50% by mass, more preferably 30% by mass, further preferably 15% by mass, and particularly preferably 7% by mass.
- Solid content concentration refers to the concentration (% by mass) of all components of the radiation-sensitive composition (X) other than the [C] organic solvent.
- the pattern forming method includes a step of coating the radiation-sensitive composition directly or indirectly on a substrate (hereinafter, also referred to as “coating step”), and a step of exposing a film formed by the coating step ( Hereinafter, it is also referred to as “exposure step” and a step of developing the film after the exposure step (hereinafter also referred to as “development step”).
- coating step a step of coating the radiation-sensitive composition directly or indirectly on a substrate
- exposure step a step of exposing a film formed by the coating step
- development step a step of developing the film after the exposure step
- the radiation-sensitive composition is applied directly or indirectly to the substrate to form a film.
- pre-baking as necessary in the coating film
- a film is formed by volatilizing an organic solvent or the like.
- the method for applying the radiation-sensitive composition to the substrate is not particularly limited, and appropriate application means such as spin coating, cast coating, roll coating, etc. can be employed.
- the substrate include a silicon wafer and a wafer coated with aluminum.
- an organic or inorganic antireflection film may be formed on the substrate.
- the lower limit of the average thickness of the film formed in this step is preferably 1 nm, more preferably 5 nm, still more preferably 10 nm, and particularly preferably 20 nm.
- the upper limit of the average thickness is preferably 1,000 nm, more preferably 200 nm, still more preferably 100 nm, and particularly preferably 70 nm.
- the lower limit of the PB temperature is usually 30 ° C, preferably 50 ° C, more preferably 70 ° C.
- As an upper limit of PB temperature it is 140 degreeC normally and 110 degreeC is preferable.
- the lower limit of the PB time is usually 5 seconds, and preferably 10 seconds.
- the upper limit of the PB time is usually 24 hours, preferably 1 hour, more preferably 600 seconds, and even more preferably 300 seconds.
- a protective film can be provided on the formed film, for example, in order to prevent the influence of basic impurities contained in the environmental atmosphere. Further, as described later, when immersion exposure is performed in the exposure step, an immersion protective film may be provided on the formed film in order to avoid direct contact between the immersion medium and the film.
- the film formed by the coating step is exposed.
- the film is irradiated with radiation through a mask having a predetermined pattern.
- radiation irradiation through an immersion medium such as water, that is, immersion exposure may be employed as necessary.
- radiation to be exposed include visible light, ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm), far ultraviolet light such as ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm), extreme ultraviolet light (EUV; wavelength 13.5 nm), and X-rays.
- electromagnetic waves such as ⁇ rays; charged particle beams such as electron beams (EB) and ⁇ rays.
- ultraviolet rays, far ultraviolet rays, EUV or EB are preferable, and EUV or EB is more preferable from the viewpoint of increasing secondary electrons generated from [A] particles that have absorbed radiation.
- a developer is used to develop the film after the exposure step. Thereby, a predetermined pattern is formed.
- the developer include an aqueous alkali solution and an organic solvent-containing solution. That is, the development method may be alkali development or organic solvent development.
- alkaline aqueous solution examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyldiethylamine, Ethyldimethylamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene, 1,5-diazabicyclo- [4. 3.0] -5-nonene and the like, an alkaline aqueous solution in which at least one of alkaline compounds is dissolved, and the like.
- TMAH tetramethylammonium hydroxide
- the lower limit of the content of the alkaline compound in the alkaline aqueous solution is preferably 0.1% by mass, more preferably 0.5% by mass, and even more preferably 1% by mass.
- 20 mass% is preferable, 10 mass% is more preferable, and 5 mass% is further more preferable.
- TMAH aqueous solution As the alkaline aqueous solution, a TMAH aqueous solution is preferable, and a 2.38% by mass TMAH aqueous solution is more preferable.
- organic solvent in the organic solvent-containing liquid examples include the same organic solvents exemplified as the [C] organic solvent of the radiation-sensitive composition.
- a solvent selected from the group consisting of alcohol solvents, hydrocarbon solvents, ester solvents, and ketone solvents is preferable, and includes isopropyl alcohol, 4-methyl-2-pentanol, toluene, butyl acetate, and acetone.
- the lower limit of the content of the organic solvent in the organic solvent-containing liquid is preferably 80% by mass, more preferably 90% by mass, further preferably 95% by mass, and particularly preferably 99% by mass.
- a surfactant may be added to the developer as necessary.
- a surfactant for example, an ionic or nonionic fluorine-based surfactant, a silicone-based surfactant, or the like can be used.
- a developing method for example, a method in which a substrate is immersed in a tank filled with a developer for a certain period of time (dip method), a method in which the developer is raised on the surface of the substrate by surface tension and is left stationary for a certain time (paddle method) ), A method of spraying the developer on the substrate surface (spray method), a method of continuously applying the developer while scanning the developer coating nozzle on the substrate rotating at a constant speed (dynamic dispensing method) Etc.
- the substrate after the development is preferably rinsed with a rinse liquid such as water or alcohol and then dried.
- a rinse liquid such as water or alcohol
- the rinsing method for example, a method of continuously applying a rinsing liquid onto a substrate rotating at a constant speed (rotary coating method), a method of immersing the substrate in a tank filled with the rinsing liquid for a certain period of time (dip method) ), A method (spray method) of spraying a rinse liquid on the substrate surface, and the like.
- B-1 Compound represented by the following formula (B-1)
- B-2 Compound represented by the following formula (B-2)
- B-3 Compound represented by the following formula (B-3)
- B- 4 Compound represented by the following formula (B-4)
- B-5 Compound represented by the following formula (B-5)
- Example 1 [A] 100 parts by mass of (A-1) as particles, 10 parts by mass of (B-1) as a [B] compound, [C] (C-1) as an organic solvent, [D] as an acid generator 10 parts by weight of (D-1) and 5 parts by weight of (E-1) as a radical scavenger [E] were mixed to obtain a mixed solution having a solid content concentration of 5% by weight. The resulting mixture was filtered through a membrane filter having a pore size of 0.20 ⁇ m to prepare a radiation sensitive composition (R-2).
- a radiation sensitive composition shown in Table 2 below was spin coated on a silicon wafer with a simple spin coater, and then PB was performed at 80 ° C. for 60 seconds to form a film having an average thickness of 50 nm.
- EUV light was exposed to the film using an EUV exposure apparatus (at Lowence Berkeley National Laboratory), and patterning was performed.
- EUV light irradiation uses a mask pattern for forming a line-and-space pattern (1L1S) in which a line part having a line width of 50 nm and a space part having a spacing of 50 nm formed between adjacent line parts are 1: 1. Used. After developing with acetone, the negative pattern was formed by drying.
- the radiation-sensitive compositions of the examples are excellent in pattern formation and scum suppression.
- the radiation-sensitive composition of the comparative example could not form a line and space pattern.
- a pattern in which scum is suppressed can be formed. Therefore, these can be suitably used for forming a fine resist pattern in the lithography process of various electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal devices that are expected to be further miniaturized in the future.
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Abstract
パターン形成性及びスカム抑制性に優れる感放射線性組成物の提供を目的とする。本発明は、1又は複数の第1官能基を有し、金属酸化物を主成分とする粒子と、上記第1官能基と反応する1又は複数の第2官能基を有する化合物と、有機溶媒とを含有する感放射線性組成物である。上記第1官能基及び上記第2官能基のうちの一方がエチレン性炭素-炭素二重結合含有基、保護若しくは非保護のイソシアネート基又はこれらの組み合わせであり、他方が保護若しくは非保護のスルファニル基、保護若しくは非保護のアミノ基、保護若しくは非保護のヒドロキシ基又はこれらの組み合わせであるか、又は上記第1官能基及び上記第2官能基のうちの一方が炭素-炭素三重結合含有基であり、他方がアジド基であることが好ましい。
Description
本発明は、感放射線性組成物及びパターン形成方法に関する。
リソグラフィーによる微細加工に用いられる一般的な感放射線性組成物は、遠紫外線(例えばArFエキシマレーザー光、KrFエキシマレーザー光等)、極端紫外線(EUV)等の電磁波や、電子線(EB)等の荷電粒子線などの露光により露光部に酸を発生させ、この酸を触媒とする化学反応により露光部及び未露光部で現像液に対する溶解速度に差を生じさせ、基板上にパターンを形成する。形成されたパターンは、基板加工におけるマスク等として用いることができる。
かかる感放射線性組成物には、加工技術の微細化に伴ってレジスト性能を向上させることが要求されている。この要求に対し、組成物に用いられる重合体、酸発生剤、その他の成分の種類、分子構造等が検討され、さらにその組み合わせについても詳細に検討されている(特開平11-125907号公報、特開平8-146610号公報及び特開2000-298347号公報参照)。
また、最近では、特にEUV又はEBに対する感度を向上させることが要求され、この要求に対して、感放射線性組成物の成分として、金属酸化物を主成分とする粒子を用いることが検討されている。このような粒子は、EUV光等を吸収して二次電子を発生し、この二次電子の作用により酸発生剤等からの酸の発生を促進することによって、感度を向上させることができると考えられる。
しかし、このような粒子を用いる感放射線性組成物は、未だパターン形成性が低く、また、半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス用に広範囲のパターンを形成する場合、現像の際にパターン間に膜が残存し、スカムが抑制できないという不都合がある。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、パターン形成性及びスカム抑制性に優れる感放射線性組成物及びパターン形成方法を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、1又は複数の第1官能基(以下、「官能基(I)」ともいう)を有し、金属酸化物を主成分とする粒子(以下、「[A]粒子」ともいう)と、上記官能基(I)と反応する1又は複数の第2官能基(以下、「官能基(II)」ともいう)を有する化合物(以下、「[B]化合物」ともいう)と、有機溶媒(以下、「[C]有機溶媒」ともいう)とを含有する感放射線性組成物である。
上記課題を解決するためになされた別の発明は、基板に直接又は間接に感放射線性組成物を塗工する工程と、上記塗工工程により形成された膜を露光する工程と、上記露光工程後の膜を現像する工程とを備え、上記感放射線性組成物が、1又は複数の第1官能基(官能基(I))を有し、金属酸化物を主成分とする粒子([A]粒子)と、上記官能基(I)と反応する1又は複数の第2官能基(官能基(II))を有する化合物([B]化合物)と、有機溶媒([C]有機溶媒)とを含有するパターン形成方法である。
本発明の感放射線性組成物及びパターン形成方法によれば、スカムが抑制されたパターンを形成することができる。従って、これらは今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイスのリソグラフィー工程における微細なレジストパターン形成に好適に用いることができる。
<感放射線性組成物>
当該感放射線性組成物は、[A]粒子と[B]化合物と[C]有機溶媒とを含有する。当該感放射線性組成物は、好適成分として、感放射線性酸発生剤(以下、「[D]酸発生剤」ともいう)及び/又はラジカル捕捉剤(以下、「[E]ラジカル捕捉剤」ともいう)を含有していてもよく、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。
当該感放射線性組成物は、[A]粒子と[B]化合物と[C]有機溶媒とを含有する。当該感放射線性組成物は、好適成分として、感放射線性酸発生剤(以下、「[D]酸発生剤」ともいう)及び/又はラジカル捕捉剤(以下、「[E]ラジカル捕捉剤」ともいう)を含有していてもよく、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。
当該感放射線性組成物は、[A]粒子と[B]化合物と[C]有機溶媒とを含有し、[A]粒子は、金属酸化物を主成分とし、1又は複数の官能基(I)を有しており、[B]化合物は、官能基(I)と反応する1又は複数の官能基(II)を有していることで、パターン形成性及びスカム抑制性に優れる。当該感放射線性組成物が上記構成を有することで上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。すなわち、[A]粒子の官能基(I)と[B]化合物の官能基(II)とが例えばEUV、EB等の露光により反応することにより、当該感放射線性組成物における極性が効果的に変化し、その結果、現像液に対する溶解性が変化することにより、パターン形成性が向上し、また、膜の残存が抑制されるので、スカム抑制性が向上すると考えられる。
以下、各成分について説明する。
以下、各成分について説明する。
<[A]粒子>
[A]粒子は、1又は複数の官能基(I)を有し金属酸化物を主成分とする粒子である。当該感放射線性組成物は[A]粒子を複数個含有する。「金属酸化物」とは、金属原子と酸素原子とを含む化合物をいう。「主成分」とは、粒子を構成する物質のうち最も含有率が高いものをいい、好ましくは含有率が50質量%以上、より好ましくは60質量%以上であるものをいう。[A]粒子は、金属酸化物を主成分としているので、放射線を吸収して二次電子を生成することができ、この二次電子の作用によって[D]酸発生剤等の分解による酸の発生が促進される。その結果、当該感放射線性組成物の感度を高いものとすることができる。当該感放射線性組成物は、形成された膜の露光によって、[A]粒子の現像液への溶解性が変化することにより、パターンを形成することができる。
[A]粒子は、1又は複数の官能基(I)を有し金属酸化物を主成分とする粒子である。当該感放射線性組成物は[A]粒子を複数個含有する。「金属酸化物」とは、金属原子と酸素原子とを含む化合物をいう。「主成分」とは、粒子を構成する物質のうち最も含有率が高いものをいい、好ましくは含有率が50質量%以上、より好ましくは60質量%以上であるものをいう。[A]粒子は、金属酸化物を主成分としているので、放射線を吸収して二次電子を生成することができ、この二次電子の作用によって[D]酸発生剤等の分解による酸の発生が促進される。その結果、当該感放射線性組成物の感度を高いものとすることができる。当該感放射線性組成物は、形成された膜の露光によって、[A]粒子の現像液への溶解性が変化することにより、パターンを形成することができる。
(金属酸化物)
[A]粒子の金属酸化物を構成する金属原子(以下、「[m]金属原子」ともいう)としては、例えば第3族~第16族の金属原子等が挙げられる。[A]粒子は、[m]金属原子を1種又は2種以上有していてもよい。
[A]粒子の金属酸化物を構成する金属原子(以下、「[m]金属原子」ともいう)としては、例えば第3族~第16族の金属原子等が挙げられる。[A]粒子は、[m]金属原子を1種又は2種以上有していてもよい。
第3族の金属原子としては、例えばスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム等が、
第4族の金属原子としては、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム等が、
第5族の金属原子としては、例えばバナジウム、ニオブ、タンタル等が、
第6族の金属原子としては、例えばクロム、モリブデン、タングステン等が、
第7族の金属原子としては、マンガン、レニウム等が、
第8族の金属原子としては、鉄、ルテニウム、オスミウム等が、
第9族の金属原子としては、コバルト、ロジウム、イリジウム等が、
第10族の金属原子としては、ニッケル、パラジウム、白金等が、
第11族の金属原子としては、銅、銀、金等が、
第12族の金属原子としては、亜鉛、カドミウム、水銀等が、
第13族の金属原子としては、アルミニウム、ガリウム、インジウム等が、
第14族の金属原子としては、ゲルマニウム、スズ、鉛等が、
第15族の金属原子としては、アンチモン、ビスマス等が、
第16族の金属原子としては、テルル等が挙げられる。
第4族の金属原子としては、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム等が、
第5族の金属原子としては、例えばバナジウム、ニオブ、タンタル等が、
第6族の金属原子としては、例えばクロム、モリブデン、タングステン等が、
第7族の金属原子としては、マンガン、レニウム等が、
第8族の金属原子としては、鉄、ルテニウム、オスミウム等が、
第9族の金属原子としては、コバルト、ロジウム、イリジウム等が、
第10族の金属原子としては、ニッケル、パラジウム、白金等が、
第11族の金属原子としては、銅、銀、金等が、
第12族の金属原子としては、亜鉛、カドミウム、水銀等が、
第13族の金属原子としては、アルミニウム、ガリウム、インジウム等が、
第14族の金属原子としては、ゲルマニウム、スズ、鉛等が、
第15族の金属原子としては、アンチモン、ビスマス等が、
第16族の金属原子としては、テルル等が挙げられる。
上記[m]金属原子としては、第3族~第15族の金属原子が好ましく、第4族、第5族又は第14族の金属原子がより好ましく、チタン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、スズ又はこれらの組み合わせがさらに好ましく、ジルコニウムが特に好ましい。
上記金属酸化物は、[m]金属原子及び酸素原子以外のその他の原子を含んでもよい。上記その他の原子としては、例えばホウ素、ケイ素等の半金属原子、炭素原子、水素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子、ハロゲン原子等が挙げられる。但し、上記金属酸化物が半金属原子を含む場合、上記金属酸化物における半金属原子の含有率(質量%)は、通常[m]金属原子の含有率よりも小さい。
上記金属酸化物における[m]金属原子及び酸素原子の合計含有率の下限としては、30質量%が好ましく、50質量%がより好ましく、70質量%がさらに好ましく、90質量%が特に好ましい。一方、上記合計含有率の上限としては、99.9質量%が好ましい。上記[m]金属原子及び酸素原子の合計含有率を上記範囲とすることで、[A]粒子による二次電子の発生をより効果的に促進でき、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。なお、上記[m]金属原子及び酸素原子の合計含有率は、100質量%であってもよい。
[A]粒子における金属酸化物の含有率の下限としては、60質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましい。また、上記金属酸化物の含有率は、100質量%であってもよい。上記金属酸化物の含有率を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。[A]粒子は、上記金属酸化物を1種又は2種以上含有していてもよい。
[A]粒子は、1又は複数の官能基(I)を有する。[A]粒子としては、例えば上記[m]金属原子と、上記官能基(I)を有する有機酸(以下、「[a]有機酸」ともいう)に由来する配位子(以下、「[p]配位子」ともいう)とを含むもの(以下、「[A1]粒子」ともいう)等が挙げられる。[p]配位子としては、例えば[a]有機酸、[a]有機酸に由来するイオン等が挙げられる。[p]配位子は、[A1]粒子中で、上記[m]金属原子に配位結合等しているものと考えられる。[A]粒子は、通常複数の官能基(I)を有する。
ここで、「有機酸」とは、酸性を示す有機化合物をいい、「有機化合物」とは、少なくとも1個の炭素原子を有する化合物をいう。
[A1]粒子が、[m]金属原子と、[a]有機酸又は[a]有機酸に由来するイオン等の配位子とを含む金属酸化物を含有することで、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。これは、例えば[a]有機酸が[m]金属原子との相互作用によって[A1]粒子の表面付近に存在することで、[A1]粒子の溶媒に対する溶解性又は分散性が向上するためと考えられる。
([a]有機酸)
[a]有機酸は、官能基(I)を有する有機酸である。
[a]有機酸は、官能基(I)を有する有機酸である。
[a]有機酸のpKaの下限としては0が好ましく、1がより好ましく、1.5がさらに好ましく、3が特に好ましい。一方、上記pKaの上限としては、7が好ましく、6がより好ましく、5.5がさらに好ましく、5が特に好ましい。[a]有機酸のpKaを上記範囲とすることで、金属原子との相互作用を適度に弱いものに調整することができ、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。ここで、[a]有機酸が多価の酸である場合、[a]有機酸のpKaとは、第1酸解離定数、すなわち、1つめのプロトンの解離に対する解離定数の逆数の常用対数値をいう。
[a]有機酸は、低分子化合物でもよく、高分子化合物でもよいが、金属原子との相互作用をより適度に弱いものに調整する観点から、低分子化合物が好ましい。ここで、低分子化合物とは、分子量が1,500以下の化合物をいい、高分子化合物とは、分子量が1,500超の化合物をいう。[a]有機酸の分子量の下限としては、50が好ましく、80がより好ましい。一方、上記分子量の上限としては、1,000が好ましく、500がより好ましく、400がさらに好ましく、300が特に好ましい。[a]有機酸の分子量を上記範囲とすることで、[A]粒子の溶解性又は分散性をより適度なものに調整することができ、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
[a]有機酸としては、例えばカルボン酸、スルホン酸、スルフィン酸、有機ホスフィン酸、有機ホスホン酸、フェノール類、エノール、チオール、酸イミド、オキシム、スルホンアミドであって、官能基(I)を有する化合物等が挙げられる。
上記カルボン酸としては、例えば
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、2-エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、安息香酸、p-アミノ安息香酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ペンタフルオロプロピオン酸、没食子酸、シキミ酸等のモノカルボン酸;
シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、メチルマロン酸、フマル酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸等のジカルボン酸;
クエン酸等の3以上のカルボキシ基を有するカルボン酸などが挙げられる。
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、2-エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、安息香酸、p-アミノ安息香酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ペンタフルオロプロピオン酸、没食子酸、シキミ酸等のモノカルボン酸;
シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、メチルマロン酸、フマル酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸等のジカルボン酸;
クエン酸等の3以上のカルボキシ基を有するカルボン酸などが挙げられる。
上記スルホン酸としては、例えばベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸等が挙げられる。
上記スルフィン酸としては、例えばベンゼンスルフィン酸、p-トルエンスルフィン酸等が挙げられる。
上記有機ホスフィン酸としては、例えばジエチルホスフィン酸、メチルフェニルホスフィン酸、ジフェニルホスフィン酸等が挙げられる。
上記有機ホスホン酸としては、例えばメチルホスホン酸、エチルホスホン酸、t-ブチルホスホン酸、シクロヘキシルホスホン酸、フェニルホスホン酸等が挙げられる。
上記フェノール類としては、例えばフェノール、クレゾール、2,6-キシレノール、ナフトール等の1価のフェノール類;
カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、1,2-ナフタレンジオール等の2価のフェノール類;
ピロガロール、2,3,6-ナフタレントリオール等の3価以上のフェノール類などが挙げられる。
カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、1,2-ナフタレンジオール等の2価のフェノール類;
ピロガロール、2,3,6-ナフタレントリオール等の3価以上のフェノール類などが挙げられる。
上記エノールとしては、例えば2-ヒドロキシ-3-メチル-2-ブテン、3-ヒドロキシ-4-メチル-3-ヘキセン等が挙げられる。
上記チオールとしては、例えばメルカプトエタノール、メルカプトプロパノール等が挙げられる。
上記酸イミドとしては、例えば
マレイミド、コハク酸イミド等のカルボン酸イミド;
ジ(トリフルオロメタンスルホン酸)イミド、ジ(ペンタフルオロエタンスルホン酸)イミド等のスルホン酸イミドなどが挙げられる。
マレイミド、コハク酸イミド等のカルボン酸イミド;
ジ(トリフルオロメタンスルホン酸)イミド、ジ(ペンタフルオロエタンスルホン酸)イミド等のスルホン酸イミドなどが挙げられる。
上記オキシムとしては、例えば
ベンズアルドキシム、サリチルアルドキシム等のアルドキシム;
ジエチルケトキシム、メチルエチルケトキシム、シクロヘキサノンオキシム等のケトキシムなどが挙げられる。
ベンズアルドキシム、サリチルアルドキシム等のアルドキシム;
ジエチルケトキシム、メチルエチルケトキシム、シクロヘキサノンオキシム等のケトキシムなどが挙げられる。
上記スルホンアミドとしては、例えばメチルスルホンアミド、エチルスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、トルエンスルホンアミド等が挙げられる。
[a]有機酸としては、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させる観点から、官能基(I)を有するカルボン酸が好ましく、官能基(I)を有するモノカルボン酸がより好ましく、エチレン性炭素-炭素二重結合含有基を有するモノカルボン酸がさらに好ましく、メタクリル酸が特に好ましい。
[A1]粒子としては、[m]金属原子と[p]配位子とを含む粒子が好ましく、第4族、第5族又は第14族の[m]金属原子と官能基(I)を有するカルボン酸に由来する配位子とを含む粒子がより好ましく、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、タングステン又はスズと、エチレン性炭素-炭素二重結合含有基を有するモノカルボン酸に由来する配位子とを含む粒子がさらに好ましく、ジルコニウムとメタクリル酸とを含む粒子が特に好ましい。
[A1]粒子における[p]配位子の含有率の下限としては、1質量%が好ましく、5質量%がより好ましく、10質量%がさらに好ましい。一方、上記含有率の上限としては、90質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、50質量%がさらに好ましい。[p]配位子の含有量を上記範囲とすることで、[A1]粒子の溶解性又は分散性をさらに適度なものに調整することができ、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。[A1]粒子は、[p]配位子を1種又は2種以上含有していてもよい。
[[A]粒子の合成方法]
[m]金属原子と[p]配位子とを含む[A]粒子は、例えば加水分解性基を有する金属化合物(以下、「金属化合物(I)」ともいう)、その加水分解物若しくは加水分解縮合物又はこれらの組み合わせ(以下、「[b]金属含有化合物」ともいう)を用いて加水分解縮合反応を行い、得られた加水分解縮合物に[a]有機酸を加える方法、[b]金属含有化合物と[a]有機酸との配位子交換反応を行う方法等により合成することができる。ここで「加水分解縮合反応」とは、[b]金属含有化合物が有する加水分解性基が加水分解して-OHに変換され、得られた2個の-OHが脱水縮合して-O-が形成される反応をいう。
[m]金属原子と[p]配位子とを含む[A]粒子は、例えば加水分解性基を有する金属化合物(以下、「金属化合物(I)」ともいう)、その加水分解物若しくは加水分解縮合物又はこれらの組み合わせ(以下、「[b]金属含有化合物」ともいう)を用いて加水分解縮合反応を行い、得られた加水分解縮合物に[a]有機酸を加える方法、[b]金属含有化合物と[a]有機酸との配位子交換反応を行う方法等により合成することができる。ここで「加水分解縮合反応」とは、[b]金属含有化合物が有する加水分解性基が加水分解して-OHに変換され、得られた2個の-OHが脱水縮合して-O-が形成される反応をいう。
([b]金属含有化合物)
[b]金属含有化合物は、加水分解性基を有する金属化合物(I)、その加水分解物若しくは加水分解縮合物又はこれらの組み合わせである。金属化合物(I)は、1種単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
[b]金属含有化合物は、加水分解性基を有する金属化合物(I)、その加水分解物若しくは加水分解縮合物又はこれらの組み合わせである。金属化合物(I)は、1種単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
上記加水分解性基としては、例えばハロゲン原子、アルコキシ基、アシロキシ基等が挙げられる。
上記ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
上記アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられる。
上記アシロキシ基としては、例えばアセトキシ基、エチリルオキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、t-ブチリルオキシ基、1,1-ジメチルプロピルカルボニルオキシ基、n-ヘキシルカルボニルオキシ基、n-オクチルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
上記加水分解性基としては、アルコキシ基又はアシロキシ基が好ましく、イソプロポキシ基又はアセトキシ基がより好ましい。
[b]金属含有化合物が金属化合物(I)の加水分解縮合物である場合には、この金属化合物(I)の加水分解縮合物は、本発明の効果を損なわない限り、加水分解性基を有する金属(I)と半金属原子を含む化合物との加水分解縮合物であってもよい。すなわち、金属化合物(I)の加水分解縮合物には、本発明の効果を損なわない範囲内で半金属原子が含まれていてもよい。上記半金属原子としては、例えばホウ素、ケイ素等が挙げられる。金属化合物(I)の加水分解縮合物における半金属原子の含有率は、この加水分解縮合物中の金属原子及び半金属原子の合計に対し、通常50原子%未満である。上記半金属原子の含有率の上限としては、上記加水分解縮合物中の金属原子及び半金属原子の合計に対し、30原子%が好ましく、10原子%がより好ましい。
金属化合物(I)としては、例えば下記式(A)で表される化合物(以下、「金属化合物(I-1)」ともいう)等が挙げられる。このような金属化合物(I-1)を用いることで、安定な金属酸化物を形成でき、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
上記式(A)中、Mは、上記[m]金属原子である。Lは、配位子である。aは、0~2の整数である。aが2の場合、複数のLは互いに同一又は異なる。Yは、ハロゲン原子、アルコキシ基及びアシロキシ基から選ばれる加水分解性基である。bは、2~6の整数である。複数のYは互いに同一又は異なる。なお、LはYに該当しない配位子である。
Mで表される[m]金属原子としては、例えば[A]粒子が含む金属酸化物を構成する[m]金属原子として例示したものと同様の金属原子等が挙げられる。
Lで表される配位子としては、単座配位子及び多座配位子が挙げられる。
上記単座配位子としては、例えばヒドロキソ配位子、カルボキシ配位子、アミド配位子、アンモニア等が挙げられる。
上記アミド配位子としては、例えば無置換アミド配位子(NH2)、メチルアミド配位子(NHMe)、ジメチルアミド配位子(NMe2)、ジエチルアミド配位子(NEt2)、ジプロピルアミド配位子(NPr2)等が挙げられる。
上記多座配位子としては、例えばヒドロキシ酸エステル、β-ジケトン、β-ケトエステル、β-ジカルボン酸エステル、π結合を有する炭化水素、ジホスフィン等が挙げられる。
上記ヒドロキシ酸エステルとしては例えばグリコール酸エステル、乳酸エステル、2-ヒドロキシシクロヘキサン-1-カルボン酸エステル、サリチル酸エステル等が挙げられる。
上記β-ジケトンとしては、例えば2,4-ペンタンジオン、3-メチル-2,4-ペンタンジオン、3-エチル-2,4-ペンタンジオン等が挙げられる。
上記β-ケトエステルとしては、例えばアセト酢酸エステル、α-アルキル置換アセト酢酸エステル、β-ケトペンタン酸エステル、ベンゾイル酢酸エステル、1,3-アセトンジカルボン酸エステル等が挙げられる。
上記β-ジカルボン酸エステルとしては、例えばマロン酸ジエステル、α-アルキル置換マロン酸ジエステル、α-シクロアルキル置換マロン酸ジエステル、α-アリール置換マロン酸ジエステル等が挙げられる。
上記π結合を有する炭化水素としては、例えば
エチレン、プロピレン等の鎖状オレフィン;
シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等の環状オレフィン;
ブタジエン、イソプレン等の鎖状ジエン;
シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、ペンタメチルシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエン等の環状ジエン;
ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサメチルベンゼン、ナフタレン、インデン等の芳香族炭化水素などが挙げられる。
エチレン、プロピレン等の鎖状オレフィン;
シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等の環状オレフィン;
ブタジエン、イソプレン等の鎖状ジエン;
シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、ペンタメチルシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、ノルボルナジエン等の環状ジエン;
ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサメチルベンゼン、ナフタレン、インデン等の芳香族炭化水素などが挙げられる。
上記ジホスフィンとしては、例えば1,1-ビス(ジフェニルホスフィノ)メタン、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン、2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル、1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン等が挙げられる。
Yで表されるハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
Yで表されるアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、t-ブトキシ基等が挙げられる。
Yで表されるアシロキシ基としては、例えばアセトキシ基、プロピオニルオキシ基、n-ブチリルオキシ基、i-ブチリルオキシ基、t-ブチリルオキシ基、1,1-ジメチルプロピルカルボニルオキシ基、n-ヘキシルカルボニルオキシ基、n-オクチルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
Yとしては、アルコキシ基又はアシロキシ基が好ましく、イソプロポキシ基又はアセトキシ基がより好ましく、イソプロポキシ基がさらに好ましい。
aとしては、0又は1が好ましく、0がより好ましい。bとしては、3又は4が好ましく、4がより好ましい。a及びbをそれぞれ上記数値とすることで、[A]粒子における金属酸化物の含有率を高め、[A]粒子による二次電子の発生をより効果的に促進できる。その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
[b]金属含有化合物としては、加水分解も加水分解縮合もしていない金属アルコキシド、又は加水分解も加水分解縮合もしていない金属アシロキシドが好ましい。
[b]金属含有化合物としては、ジルコニウム・テトラn-ブトキシド、ジルコニウム・テトラn-プロポキシド、ジルコニウム・テトライソプロポキシド、ハフニウム・テトラエトキシド、インジウム・トリイソプロポキシド、ハフニウム・テトライソプロポキシド、ハフニウム・テトラブトキシド、タンタル・ペンタエトキシド、タンタル・ペンタブトキシド、タングステン・ペンタメトキシド、タングステン・ペンタブトキシド、タングステン・ヘキサエトキシド、タングステン・ヘキサブトキシド、塩化鉄、亜鉛・ジイソプロポキシド、酢酸亜鉛二水和物、オルトチタン酸テトラブチル、チタン・テトラn-ブトキシド、チタン・テトラn-プロポキシド、ジルコニウム・ジn-ブトキシド・ビス(2,4-ペンタンジオナート)、チタン・トリn-ブトキシド・ステアレート、ビス(シクロペンタジエニル)ハフニウムジクロリド、ビス(シクロペンタジエニル)タングステンジクロリド、ジアセタト[(S)-(-)-2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル]ルテニウム、ジクロロ[エチレンビス(ジフェニルホスフィン)]コバルト、チタンブトキシドオリゴマー、アミノプロピルトリメトキシチタン、アミノプロピルトリエトキシジルコニウム、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシジルコニウム、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシジルコニウム、3-イソシアノプロピルトリメトキシジルコニウム、3-イソシアノプロピルトリエトキシジルコニウム、トリエトキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-n-プロポキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-i-プロポキシモノ(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシモノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-n-プロポキシモノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-i-プロポキシモノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジイソプロポキシビス(アセチルアセトナート)チタン、ジn-ブトキシビス(アセチルアセトナート)チタン、ジn-ブトキシビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ(3-メタクリロキシプロピル)メトキシジルコニウム、トリ(3-アクリロキシプロピル)メトキシジルコニウム、スズ・テトライソプロポキシド、スズ・テトラブトキシド、酸化ランタン、酸化イットリウム等が挙げられる。これらの中で、金属アルコキシド又は金属アシロキシドが好ましく、金属アルコキシドがより好ましく、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、タングステン又はスズのアルコキシドがさらに好ましい。
[b]金属含有化合物の加水分解縮合反応を行って[A]粒子を合成する場合、[a]有機酸の使用量の下限としては、[b]金属含有化合物100質量部に対し、10質量部が好ましく、100質量部がより好ましい。一方、上記有機酸の使用量の上限としては、[b]金属含有化合物100質量部に対し、1,000質量部が好ましく、700質量部がより好ましく、500質量部がさらに好ましく、400質量部が特に好ましい。上記[a]有機酸の使用量を上記範囲とすることで、得られる[A]粒子における[a]有機酸の含有率を適度なものに調整することができ、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上することができる。
[A]粒子の合成反応の際、[b]金属含有化合物及び[a]有機酸に加えて、上記式(A)の化合物におけるLで表される多座配位子になり得る化合物や架橋配位子になり得る化合物等を添加してもよい。上記架橋配位子になり得る化合物としては、例えば複数個のヒドロキシ基、イソシアネート基、アミノ基、エステル基及びアミド基を有する化合物等が挙げられる。
[b]金属含有化合物を用いて加水分解縮合反応を行う方法としては、例えば[b]金属含有化合物を、水を含む溶媒中で加水分解縮合反応させる方法等が挙げられる。この場合、必要に応じて加水分解性基を有する他の化合物を添加してもよい。この加水分解縮合反応に用いる水の量の下限としては、[b]金属含有化合物等が有する加水分解性基に対し、0.2倍モルが好ましく、1倍モルがより好ましく、3倍モルがさらに好ましい。上記水の量の上限としては、20倍モルが好ましく、15倍モルがより好ましく、10倍モルがさらに好ましい。加水分解縮合反応における水の量を上記範囲とすることで、得られる[A]粒子における金属酸化物の含有率を高めることができ、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上できる。
[b]金属含有化合物を用いて配位子交換反応を行う方法としては、例えば[b]金属含有化合物及び[a]有機酸を混合する方法等が挙げられる。この場合、溶媒中で混合してもよく、溶媒を用いずに混合してもよい。また、上記混合では、必要に応じてトリエチルアミン等の塩基を添加してもよい。上記塩基の添加量としては、[b]金属含有化合物及び[a]有機酸の合計使用量100質量部に対し、例えば1質量部以上200質量部以下である。
[b]金属含有化合物及び[a]有機酸を混合して配位子交換反応を行う場合、上記[a]有機酸の使用量の下限としては、[b]金属含有化合物100質量部に対し、10質量部が好ましく、100質量部がより好ましい。一方、上記[a]有機酸の使用量の上限としては、[b]金属含有化合物100質量部に対し、1,000質量部が好ましく、700質量部がより好ましく、500質量部がさらに好ましく、400質量部が特に好ましい。上記[a]有機酸の使用量を上記範囲とすることで、得られる[A]粒子における[a]有機酸の含有率を適度なものに調整することができ、その結果、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上することができる。
[A]粒子の合成反応に用いる溶媒としては、特に限定されず、例えば後述する[C]有機溶媒として例示するものと同様の溶媒を用いることができる。これらの中で、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒又は炭化水素系溶媒が好ましく、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒又はエステル系溶媒がより好ましく、多価アルコール部分エーテル系溶媒、モノカルボン酸エステル系溶媒又は環状エーテル系溶媒がさらに好ましく、プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸エチル又はテトラヒドロフランが特に好ましい。
[A]粒子の合成反応に有機溶媒を用いる場合、使用した有機溶媒を反応後に除去してもよいが、反応後に除去することなく、そのまま当該感放射線性組成物の[C]有機溶媒とすることもできる。
[A]粒子の合成反応の温度の下限としては、0℃が好ましく、10℃がより好ましい。上記温度の上限としては、150℃が好ましく、100℃がより好ましい。
[A]粒子の合成反応の時間の下限としては、1分が好ましく、10分がより好ましく、1時間がさらに好ましい。上記時間の上限としては、100時間が好ましく、50時間がより好ましく、10時間がさらに好ましい。
上記[b]金属含有化合物、[a]有機酸等を用いた合成反応で得られた反応溶液を、例えばヘキサン等の溶媒を用いて複数回洗浄することなどにより、[A]粒子を得ることができる。
[A]粒子の平均粒子径の上限としては、20nmが好ましく、15nmがより好ましく、10nmがさらに好ましく、8nmが特に好ましく、5nmがさらに特に好ましく、3nmが最も好ましい。上記平均粒子径の下限としては、0.5nmが好ましく、1nmがより好ましい。[A]粒子の平均粒子径を上記範囲とすることで、[A]粒子による二次電子の発生をより効果的に促進でき、当該感放射線性組成物の感度がより向上し、その結果、パターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。ここで、「平均粒子径」とは、DLS法で測定される散乱光強度基準の調和平均粒子径をいう。
[A]粒子の含有量の下限としては、当該感放射線性組成物中の[C]有機溶媒以外の全成分に対して、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、90質量%がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、99質量%が好ましく、95質量%がより好ましい。[A]粒子の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。当該感放射線性組成物は、[A]粒子を1種又は2種以上含有していてもよい。
<[B]化合物>
[B]化合物は、1又は複数の官能基(II)を有する化合物である。官能基(II)は、[A]粒子が有する官能基(I)と反応する官能基である。
[B]化合物は、1又は複数の官能基(II)を有する化合物である。官能基(II)は、[A]粒子が有する官能基(I)と反応する官能基である。
[官能基(II)]
官能基(II)は、[A]粒子が有する官能基(I)と反応する官能基である。官能基(I)と官能基(II)との反応としては、反応前後で官能基(I)及び官能基(II)の構造が変化し、その結果、極性が変化する反応であれば特に限定されないが、例えば酸化還元反応、不均化反応、縮合反応、重合反応、付加反応等が挙げられる。これらの中で、付加反応が好ましい。付加反応としては、例えばエチレン性炭素-炭素二重結合含有基とスルファニル基とからチオエーテル基が形成される反応、エチレン性炭素-炭素二重結合含有基とアミノ基とから置換アミノ基が形成される反応、エチレン性炭素-炭素二重結合含有基とヒドロキシ基とからエーテル基が形成される反応、イソシアネート基とスルファニル基とからチオカーバメート基が形成される反応、イソシアネート基とアミノ基とからウレア基が形成される反応、イソシアネート基とヒドロキシ基とからカーバメート基が形成される反応、炭素-炭素三重結合含有基とアジド基とからトリアゾール環が形成される反応、カルボキシ基とエポキシ基(オキシラニル基又はオキセタニル基)とからカルボニルオキシ(ヒドロキシ)アルカンジイル基が形成される反応等が挙げられる。
官能基(II)は、[A]粒子が有する官能基(I)と反応する官能基である。官能基(I)と官能基(II)との反応としては、反応前後で官能基(I)及び官能基(II)の構造が変化し、その結果、極性が変化する反応であれば特に限定されないが、例えば酸化還元反応、不均化反応、縮合反応、重合反応、付加反応等が挙げられる。これらの中で、付加反応が好ましい。付加反応としては、例えばエチレン性炭素-炭素二重結合含有基とスルファニル基とからチオエーテル基が形成される反応、エチレン性炭素-炭素二重結合含有基とアミノ基とから置換アミノ基が形成される反応、エチレン性炭素-炭素二重結合含有基とヒドロキシ基とからエーテル基が形成される反応、イソシアネート基とスルファニル基とからチオカーバメート基が形成される反応、イソシアネート基とアミノ基とからウレア基が形成される反応、イソシアネート基とヒドロキシ基とからカーバメート基が形成される反応、炭素-炭素三重結合含有基とアジド基とからトリアゾール環が形成される反応、カルボキシ基とエポキシ基(オキシラニル基又はオキセタニル基)とからカルボニルオキシ(ヒドロキシ)アルカンジイル基が形成される反応等が挙げられる。
官能基(I)と官能基(II)との組み合わせとしては、例えば官能基(I)及び官能基(II)のうちの一方がエチレン性炭素-炭素二重結合含有基、保護若しくは非保護のイソシアネート基又はこれらの組み合わせであり、他方が保護若しくは非保護のスルファニル基、保護若しくは非保護のアミノ基、保護若しくは非保護のヒドロキシ基又はこれらの組み合わせであること、官能基(I)及び官能基(II)のうちの一方が炭素-炭素三重結合含有基であり、他方がアジド基であること等が挙げられる。
エチレン性炭素-炭素二重結合含有基としては、例えばエテニル基、アリル基、スチリル基、(メタ)アクリル基等が挙げられる。
炭素-炭素三重結合含有基としては、例えばエチニル基、プロパルギル基、エチニルフェニル基等が挙げられる。
イソシアネート基、スルファニル基、アミノ基及びヒドロキシ基の保護基としては、例えば酸の作用により脱保護される基、塩基の作用により脱保護される基、EUV又はEBの作用により脱保護される基等が挙げられる。酸の作用により脱保護される基は、例えば放射線の作用により[D]酸発生剤等から発生する酸の作用によって脱保護される。塩基の作用により脱保護される基は、例えば放射線の作用により感放射線性塩基発生剤等から発生する塩基の作用によって脱保護される。EUV又はEBの作用により脱保護される基は、EUV又はEBの作用により脱保護されてイソシアネート基、スルファニル基、アミノ基又はヒドロキシ基が生成する。これらの中で、酸の作用により脱保護される基又はEUV又はEBの作用により脱保護される基が好ましく、酸の作用により脱保護される基がより好ましい。
イソシアネート基の保護基としては、例えばジメチルピラゾール、ジエチルピラゾール、メチルエチルケトキシム、カプロラクタム等のブロック剤などが挙げられる。
スルファニル基の保護基としては、例えばフェニルカルバモイル基等のアリールカルバモイル基、トリフェニルメチル基等のトリアリールメチル基などが挙げられる。
「アミノ基」には、-NH2だけでなく、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基等の置換アミノ基も含まれる。アミノ基の保護基としては、例えばt-ブトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基などが挙げられる。
ヒドロキシ基の保護基としては、例えばt-ブチル基、t-アミル基等の3級アルキル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基等のトリアルキルシリル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基等のアルコキシメチル基などが挙げられる。
官能基(I)がエチレン性炭素-炭素二重結合含有基である場合の[a]有機酸としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、ビニル安息香酸、アリルオキシ安息香酸、3-ブテニルオキシ安息香酸等が挙げられる。
官能基(I)が保護又は非保護のイソシアネート基である場合の[a]有機酸としては、例えばイソシアネート酢酸、イソシアネートプロピオン酸、イソシアネート安息香酸等が挙げられる。
官能基(I)が炭素-炭素三重結合含有基である場合の[a]有機酸としては、例えばエチニル酢酸、エチニルプロピオン酸、エチニル安息香酸等が挙げられる。
官能基(II)が保護又は非保護のスルファニル基である場合の[B]化合物としては、例えば3-スルファニルプロピオン酸、ジ(4-スルファニルフェニル)チオエーテル等が挙げられる。
官能基(II)が保護又は非保護のアミノ基である場合の[B]化合物としては、例えば3-N-t-ブトキシカルボニルアミノプロピオン酸、N,N’-ジ(t-ブトキシカルボニル)エチレンジアミン等が挙げられる。
官能基(II)が保護又は非保護のヒドロキシ基である場合の[B]化合物としては、例えば3-ヒドロキシプロピオン酸、ジ(4-ヒドロキシフェニル)エーテル等が挙げられる。
官能基(II)がスルファニル基と保護又は非保護のアミノ基との組み合わせである場合の[B]化合物としては、例えば1-スルファニル-2-N-(t-ブトキシカルボニル)アミノエタン等が挙げられる。
官能基(II)がアジド基である場合の[B]化合物としては、例えばフェニルアジド、シクロヘキシルアジド等が挙げられる。
[B]化合物が有する官能基(II)の数としては、1~3の整数が好ましく、1又は2がより好ましく、2がさらに好ましい。
当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させる観点から、官能基(I)がエチレン性炭素-炭素二重結合含有基、保護若しくは非保護のイソシアネート基又はこれらの組み合わせであるか、又は炭素-炭素三重結合含有基であり、官能基(II)が、保護若しくは非保護のスルファニル基、保護若しくは非保護のアミノ基、保護若しくは非保護のヒドロキシ基又はこれらの組み合わせであるか、又はアジド基であることが好ましい。
[B]化合物の含有量の下限としては、[A]粒子100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、3質量部がさらに好ましく、5質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、100質量部が好ましく、60質量部がより好ましく、40質量部がさらに好ましく、30質量部が特に好ましい。[B]化合物の含有量を上記範囲とすることで、パターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
<[C]有機溶媒>
[C]有機溶媒としては、少なくとも[A]粒子及び[B]化合物並びに必要に応じて含有される任意成分等を溶解又は分散可能な有機溶媒であれば特に限定されない。[C]有機溶媒は1種又は2種以上を用いることができる。
[C]有機溶媒としては、少なくとも[A]粒子及び[B]化合物並びに必要に応じて含有される任意成分等を溶解又は分散可能な有機溶媒であれば特に限定されない。[C]有機溶媒は1種又は2種以上を用いることができる。
[C]有機溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば
イソプロピルアルコール、4-メチル-2-ペンタノール、n-ヘキサノール等の炭素数1~18の脂肪族モノアルコール系溶媒;
シクロヘキサノール等の炭素数3~18の脂環式モノアルコール系溶媒;
1,2-プロピレングリコール等の炭素数2~18の多価アルコール系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数3~19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
イソプロピルアルコール、4-メチル-2-ペンタノール、n-ヘキサノール等の炭素数1~18の脂肪族モノアルコール系溶媒;
シクロヘキサノール等の炭素数3~18の脂環式モノアルコール系溶媒;
1,2-プロピレングリコール等の炭素数2~18の多価アルコール系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数3~19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒;
ジフェニルエーテル、アニソール等の芳香環含有エーテル系溶媒などが挙げられる。
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶媒;
ジフェニルエーテル、アニソール等の芳香環含有エーテル系溶媒などが挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば
アセトン、メチルエチルケトン、メチル-n-プロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル-iso-ブチルケトン、2-ヘプタノン、エチル-n-ブチルケトン、メチル-n-ヘキシルケトン、ジ-iso-ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶媒:
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒:
2,4-ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノンなどが挙げられる。
アセトン、メチルエチルケトン、メチル-n-プロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル-iso-ブチルケトン、2-ヘプタノン、エチル-n-ブチルケトン、メチル-n-ヘキシルケトン、ジ-iso-ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶媒:
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒:
2,4-ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノンなどが挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えば
N,N’-ジメチルイミダゾリジノン、N-メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒;
N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒などが挙げられる。
N,N’-ジメチルイミダゾリジノン、N-メチルピロリドン等の環状アミド系溶媒;
N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒などが挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば
酢酸n-ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
プロピレングリコールアセテート等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒;
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)等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒;
シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒などが挙げられる。
酢酸n-ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
プロピレングリコールアセテート等の多価アルコールカルボキシレート系溶媒;
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)等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒;
シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒などが挙げられる。
炭化水素系溶媒としては、例えば
n-ペンタン、n-ヘキサン等の炭素数5~12の脂肪族炭化水素系溶媒;
トルエン、キシレン等の炭素数6~16の芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
n-ペンタン、n-ヘキサン等の炭素数5~12の脂肪族炭化水素系溶媒;
トルエン、キシレン等の炭素数6~16の芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。
これらの中で、エステル系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒がより好ましく、PGMEAがさらに好ましい。
<[D]酸発生剤>
[D]酸発生剤は、放射線の照射により酸を発生する成分である。[D]酸発生剤から発生する酸の作用により、当該感放射線性組成物における[A]粒子の現像液への溶解性等の変化をより促進することができ、その結果、パターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
[D]酸発生剤は、放射線の照射により酸を発生する成分である。[D]酸発生剤から発生する酸の作用により、当該感放射線性組成物における[A]粒子の現像液への溶解性等の変化をより促進することができ、その結果、パターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
[D]酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N-スルホニルオキシイミド化合物、ハロゲン含有化合物、ジアゾケトン化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としては、例えばスルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等が挙げられる。
スルホニウム塩としては、例えばトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムパーフルオロ-n-オクタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4-シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、4-メタンスルホニルフェニルジフェニルスルホニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム1,1,2,2-テトラフルオロ-6-(1-アダマンタンカルボニロキシ)-ヘキサン-1-スルホネート、トリフェニルスルホニウム2-(1-アダマンチル)-1,1-ジフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム2-(アダマンタン-1-イルカルボニルオキシ)-1,1,3,3,3-ペンタフルオロプロパン-1-スルホネート等が挙げられる。
テトラヒドロチオフェニウム塩としては、例えば1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムパーフルオロ-n-オクタンスルホネート、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウム2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホネート、1-(4-n-ブトキシナフタレン-1-イル)テトラヒドロチオフェニウムカンファースルホネート、1-(6-n-ブトキシナフタレン-2-イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、1-(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート等が挙げられる。
ヨードニウム塩としては、例えばジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロ-n-オクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウム2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-t-ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート等が挙げられる。
N-スルホニルオキシイミド化合物としては、例えばN-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミド、N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(ノナフルオロ-n-ブチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(パーフルオロ-n-オクチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミド、N-(パーフルオロ-n-オクチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(2-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-イル-1,1,2,2-テトラフルオロエチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(2-(3-テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)-1,1-ジフルオロエチルスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド、N-(カンファースルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボキシイミド等が挙げられる。
[D]酸発生剤としては、これらの中で、オニウム塩化合物又はN-スルホニルオキシイミド化合物が好ましく、スルホニウム塩又はN-スルホニルオキシイミド化合物がより好ましく、トリフェニルスルホニウム塩又はN-スルホニルオキシイミド化合物がさらに好ましく、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ-n-ブタン-1-スルホネート又はN-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミドが特に好ましい。
当該感放射線性組成物が[D]酸発生剤を含有する場合、[D]酸発生剤の含有量の下限としては、当該感放射線性組成物の[C]有機溶媒以外の全成分に対して、1質量%が好ましく、4質量%がより好ましく、8質量%がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、40質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、20質量%がさらに好ましい。
当該感放射線性組成物が[D]酸発生剤を含有する場合、[D]酸発生剤の含有量の下限としては、[A]粒子100質量部に対して、1質量部が好ましく、4質量部がより好ましく、8質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、40質量部が好ましく、30質量部がより好ましく、20質量部がさらに好ましい。
[D]酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。[D]酸発生剤は、1種又は2種以上を用いることができる。
<[E]ラジカル捕捉剤>
[E]ラジカル捕捉剤は、ラジカルを捕捉して、ラジカル連鎖反応を抑制することができる化合物である。[E]ラジカル捕捉剤としては、例えば安定ニトロキシルラジカル化合物、スルフィド化合物、キノン化合物、フェノール化合物、アミン化合物、ホスファイト化合物等が挙げられる(但し、[A]粒子及び[B]化合物に該当するものを除く)。
[E]ラジカル捕捉剤は、ラジカルを捕捉して、ラジカル連鎖反応を抑制することができる化合物である。[E]ラジカル捕捉剤としては、例えば安定ニトロキシルラジカル化合物、スルフィド化合物、キノン化合物、フェノール化合物、アミン化合物、ホスファイト化合物等が挙げられる(但し、[A]粒子及び[B]化合物に該当するものを除く)。
安定ニトロキシルラジカル化合物としては、例えばピペリジン1-オキシルフリーラジカル、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル、4-オキソ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル、4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル、4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル、4-マレイミド-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル、4-ホスホノキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル、3-カルボキシ-2,2,5,5-テトラメチルピロリジン1-オキシルフリーラジカル等が挙げられる。
スルフィド化合物としては、例えばフェノチアジン、ペンタエリスリトール-テトラキス(3-ラウリルチオプロピオネート)、ジドデシルサルファイド、ジオクタデシルサルファイド、ジドデシルチオジプロピオネート、ジオクタデシルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ドデシルオクタデシルチオジプロピオネート、2-メルカプトベンゾイミダゾール等が挙げられる。
キノン化合物としては、例えばベンゾキノン、2,5-ジフェニル-p-ベンゾキノン、p-トルキノン、p-キシロキノン、2-ヒドロキシ-1,4-ナフトキノン等が挙げられる。
フェノール化合物としては、例えばヒドロキノン、4-メトキシフェノール、4-tert-ブトキシフェノール、カテコール、4-tert-ブチルカテコール、2,5-ジ-tert-ブチルヒドロキノン、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-m-クレゾール、ピロガロール、2-ナフトール等が挙げられる。
アミン化合物としては、例えばN-(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)ドデシルコハク酸イミド、N,N’-ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)ブタンテトラカルボキシレート、テトラ(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)ブタンテトラカルボキシレート、N,N’-ジ-sec-ブチル-1,4-フェニレンジアミン等が挙げられる。
ホスファイト化合物としては、例えばトリイソデシルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリノニルフェニルホスファイト等が挙げられる。
[E]ラジカル捕捉剤としては、上記化合物以外にも、例えばBASF社の「キマソーブ2020」、ADEKA社の「アデカスタブLA-68」等の高分子量ラジカル捕捉剤等を用いることもできる。
[E]ラジカル捕捉剤としては、これらの中で、安定ニトロキシルラジカル化合物が好ましく、2,2,6,6-テトラメチルピぺリジン1-オキシルフリーラジカルがより好ましい。
当該感放射線性組成物が[E]ラジカル捕捉剤を含有する場合、[E]ラジカル捕捉剤の含有量の下限としては、[A]粒子100質量部に対して、0.01質量部が好ましく、0.1質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましく、2質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、50質量部が好ましく、20質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましく、10質量部が特に好ましい。[E]ラジカル捕捉剤の含有量を上記範囲とすることで、パターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
<その他の任意成分>
その他の任意成分としては、例えば感放射線性ラジカル発生剤、酸拡散制御剤、界面活性剤等が挙げられる。当該感放射線性組成物は、その他の任意成分を1種又は2種以上用いてもよい。
その他の任意成分としては、例えば感放射線性ラジカル発生剤、酸拡散制御剤、界面活性剤等が挙げられる。当該感放射線性組成物は、その他の任意成分を1種又は2種以上用いてもよい。
[感放射線性ラジカル発生剤]
感放射線性ラジカル発生剤は、放射線の照射によりラジカルを発生する成分である。感放射線性ラジカル発生剤としては、公知の化合物を用いることができる。
感放射線性ラジカル発生剤は、放射線の照射によりラジカルを発生する成分である。感放射線性ラジカル発生剤としては、公知の化合物を用いることができる。
当該感放射線性組成物が感放射線性ラジカル発生剤を含有する場合、感放射線性ラジカル発生剤の含有量は、本発明の効果を損なわない範囲において種々設定することができる。
[酸拡散制御剤]
酸拡散制御剤は、露光により[D]酸発生剤等から生じる酸の膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する効果を奏する。また、当該感放射線性組成物の保存安定性がより向上すると共に、解像性がより向上する。さらに、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に優れた感放射線性組成物が得られる。
酸拡散制御剤は、露光により[D]酸発生剤等から生じる酸の膜中における拡散現象を制御し、非露光領域における好ましくない化学反応を抑制する効果を奏する。また、当該感放射線性組成物の保存安定性がより向上すると共に、解像性がより向上する。さらに、露光から現像処理までの引き置き時間の変動によるパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に優れた感放射線性組成物が得られる。
酸拡散制御剤としては、窒素原子含有化合物、放射線の照射により弱酸を発生する光崩壊性塩基等が挙げられる。
窒素原子含有化合物としては、例えば
n-ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン;ジ-n-ブチルアミン等のジアルキルアミン;トリエチルアミン等のトリアルキルアミン;アニリン等の芳香族アミンなどのモノアミン、
エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン等のジアミン、
ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等のポリアミン、
ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の重合体などのアミン化合物、
ホルムアミド、N-メチルホルムアミド等のアミド基含有化合物、
尿素、メチルウレア等のウレア化合物、
ピリジン、2-メチルピリジン等のピリジン化合物;N-プロピルモルホリン、N-(ウンデシルカルボニルオキシエチル)モルホリン等のモルホリン化合物;ピラジン、ピラゾール等の含窒素複素環化合物、
N-t-ブトキシカルボニルピペリジン、N-t-ブトキシカルボニルイミダゾール等の酸解離性基を有する含窒素複素環化合物などが挙げられる。
n-ヘキシルアミン等のモノアルキルアミン;ジ-n-ブチルアミン等のジアルキルアミン;トリエチルアミン等のトリアルキルアミン;アニリン等の芳香族アミンなどのモノアミン、
エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン等のジアミン、
ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等のポリアミン、
ジメチルアミノエチルアクリルアミド等の重合体などのアミン化合物、
ホルムアミド、N-メチルホルムアミド等のアミド基含有化合物、
尿素、メチルウレア等のウレア化合物、
ピリジン、2-メチルピリジン等のピリジン化合物;N-プロピルモルホリン、N-(ウンデシルカルボニルオキシエチル)モルホリン等のモルホリン化合物;ピラジン、ピラゾール等の含窒素複素環化合物、
N-t-ブトキシカルボニルピペリジン、N-t-ブトキシカルボニルイミダゾール等の酸解離性基を有する含窒素複素環化合物などが挙げられる。
光崩壊性塩基としては、露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物等が挙げられる。このようなオニウム塩化合物としては、例えばトリフェニルスルホニウム塩、ジフェニルヨードニウム塩等が挙げられる。
光崩壊性塩基としては、例えばトリフェニルスルホニウムサリチレート、トリフェニルスルホニウム10-カンファースルホネート等が挙げられる。
当該感放射線性組成物が酸拡散制御剤を含有する場合、酸拡散制御剤の含有量の下限としては、当該感放射線性組成物の[C]有機溶媒以外の全成分に対して、0.1質量%が好ましく、0.3質量%がより好ましく、1質量%がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量%が好ましく、10質量%がより好ましく、5質量%がさらに好ましい。
当該感放射線性組成物が酸拡散制御剤を含有する場合、酸拡散制御剤の含有量の下限としては、[A]粒子100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。
酸拡散制御剤の含有量を上記範囲とすることで、当該感放射線性組成物のパターン形成性及びスカム抑制性をより向上させることができる。
[界面活性剤]
界面活性剤は、塗布性、ストリエーション等を改良する作用を示す成分である。上記界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn-オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn-ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤などが挙げられる。また、上記界面活性剤の市販品としては、例えばKP341(信越化学工業(株))、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学(株))、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、(株)トーケムプロダクツ)、メガファックF171、同F173(以上、DIC(株))、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム(株))、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、同SC-101、同SC-102、同SC-103、同SC-104、同SC-105、同SC-106(以上、旭硝子(株))などが挙げられる。
界面活性剤は、塗布性、ストリエーション等を改良する作用を示す成分である。上記界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンn-オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn-ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤などが挙げられる。また、上記界面活性剤の市販品としては、例えばKP341(信越化学工業(株))、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学(株))、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、(株)トーケムプロダクツ)、メガファックF171、同F173(以上、DIC(株))、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム(株))、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、同SC-101、同SC-102、同SC-103、同SC-104、同SC-105、同SC-106(以上、旭硝子(株))などが挙げられる。
<感放射線性樹脂組成物の調製方法>
当該感放射線性組成物は、例えば[A]粒子、[B]化合物、[C]有機溶媒及び必要に応じて[D]酸発生剤等のその他の任意成分を所定の割合で混合し、好ましくは、得られた混合物を孔径0.2μm程度のフィルターで濾過することにより調製することができる。当該感放射線性組成物の固形分濃度の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましく、1質量%がさらに好ましく、3質量%が特に好ましい。一方、上記固形分濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、15質量%がさらに好ましく、7質量%が特に好ましい。「固形分濃度」とは、感放射線性組成物(X)の[C]有機溶媒以外の全成分の濃度(質量%)をいう。
当該感放射線性組成物は、例えば[A]粒子、[B]化合物、[C]有機溶媒及び必要に応じて[D]酸発生剤等のその他の任意成分を所定の割合で混合し、好ましくは、得られた混合物を孔径0.2μm程度のフィルターで濾過することにより調製することができる。当該感放射線性組成物の固形分濃度の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましく、1質量%がさらに好ましく、3質量%が特に好ましい。一方、上記固形分濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、15質量%がさらに好ましく、7質量%が特に好ましい。「固形分濃度」とは、感放射線性組成物(X)の[C]有機溶媒以外の全成分の濃度(質量%)をいう。
<パターン形成方法>
当該パターン形成方法は、基板に直接又は間接に当該感放射線性組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)と、上記塗工工程により形成された膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)と、上記露光工程後の膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)とを備える。当該パターン形成方法によれば、上述の当該感放射線性組成物を用いているので、スカムが抑制されたパターンを形成することができる。以下、各工程について説明する。
当該パターン形成方法は、基板に直接又は間接に当該感放射線性組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)と、上記塗工工程により形成された膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)と、上記露光工程後の膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)とを備える。当該パターン形成方法によれば、上述の当該感放射線性組成物を用いているので、スカムが抑制されたパターンを形成することができる。以下、各工程について説明する。
[塗工工程]
本工程では、基板に直接又は間接に当該感放射線性組成物を塗工し、膜を形成する。具体的には、得られる膜が所望の厚さとなるように当該感放射線性組成物を塗工して塗工膜を形成した後、必要に応じてプレベーク(PB)によって、塗工膜中の有機溶媒等を揮発させることで膜を形成する。当該感放射線性組成物を基板に塗工する方法としては、特に限定されないが、例えば回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段を採用できる。上記基板としては、例えばシリコンウエハ、アルミニウムで被覆されたウエハ等が挙げられる。なお、感放射線性組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。
本工程では、基板に直接又は間接に当該感放射線性組成物を塗工し、膜を形成する。具体的には、得られる膜が所望の厚さとなるように当該感放射線性組成物を塗工して塗工膜を形成した後、必要に応じてプレベーク(PB)によって、塗工膜中の有機溶媒等を揮発させることで膜を形成する。当該感放射線性組成物を基板に塗工する方法としては、特に限定されないが、例えば回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段を採用できる。上記基板としては、例えばシリコンウエハ、アルミニウムで被覆されたウエハ等が挙げられる。なお、感放射線性組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、有機系又は無機系の反射防止膜を基板上に形成してもよい。
本工程で形成する膜の平均厚さの下限としては、1nmが好ましく、5nmがより好ましく、10nmがさらに好ましく、20nmが特に好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、1,000nmが好ましく、200nmがより好ましく、100nmがさらに好ましく、70nmが特に好ましい。
PB温度の下限としては、通常30℃であり、50℃が好ましく、70℃がより好ましい。PB温度の上限としては、通常140℃であり、110℃が好ましい。PB時間の下限としては、通常5秒であり、10秒が好ましい。PB時間の上限としては、通常24時間であり、1時間が好ましく、600秒がより好ましく、300秒がさらに好ましい。
本工程では、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するため、例えば形成した膜上に保護膜を設けることもできる。また、後述するように露光工程で液浸露光を行う場合は、液浸媒体と膜との直接的な接触を避けるため、形成した膜上に液浸用保護膜を設けてもよい。
[露光工程]
本工程では、塗工工程により形成された膜を露光する。具体的には、例えば所定のパターンを有するマスクを介して上記膜に放射線を照射する。本工程では、必要に応じ、水等の液浸媒体を介した放射線の照射、つまり液浸露光を採用してもよい。露光する放射線としては、例えば可視光線、KrFエキシマレーザー光(波長:248nm)等の紫外線、ArFエキシマレーザー光(波長:193nm)等の遠紫外線、極端紫外線(EUV;波長13.5nm)、X線、γ線等の電磁波;電子線(EB)、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中で、放射線を吸収した[A]粒子から発生する二次電子を増加させる観点から、紫外線、遠紫外線、EUV又はEBが好ましく、EUV又はEBがより好ましい。
本工程では、塗工工程により形成された膜を露光する。具体的には、例えば所定のパターンを有するマスクを介して上記膜に放射線を照射する。本工程では、必要に応じ、水等の液浸媒体を介した放射線の照射、つまり液浸露光を採用してもよい。露光する放射線としては、例えば可視光線、KrFエキシマレーザー光(波長:248nm)等の紫外線、ArFエキシマレーザー光(波長:193nm)等の遠紫外線、極端紫外線(EUV;波長13.5nm)、X線、γ線等の電磁波;電子線(EB)、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中で、放射線を吸収した[A]粒子から発生する二次電子を増加させる観点から、紫外線、遠紫外線、EUV又はEBが好ましく、EUV又はEBがより好ましい。
[現像工程]
本工程では、現像液を用い、露光工程後の膜を現像する。これにより、所定パターンが形成される。現像液としては例えばアルカリ水溶液、有機溶媒含有液等が挙げられる。すなわち、現像方法としては、アルカリ現像でも有機溶媒現像でもよい。
本工程では、現像液を用い、露光工程後の膜を現像する。これにより、所定パターンが形成される。現像液としては例えばアルカリ水溶液、有機溶媒含有液等が挙げられる。すなわち、現像方法としては、アルカリ現像でも有機溶媒現像でもよい。
上記アルカリ水溶液としては、例えば水酸化ナトリウム、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、エチルアミン、n-プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン、1,5-ジアザビシクロ-[4.3.0]-5-ノネン等のアルカリ性化合物のうち少なくとも1種を溶解させたアルカリ水溶液などが挙げられる。
上記アルカリ水溶液におけるアルカリ性化合物の含有量の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.5質量%がより好ましく、1質量%がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量%が好ましく、10質量%がより好ましく、5質量%がさらに好ましい。
上記アルカリ水溶液としては、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。
上記有機溶媒含有液中の有機溶媒としては、例えば当該感放射線性組成物の[C]有機溶媒として例示した有機溶媒と同様のもの等が挙げられる。これらの中で、アルコール系溶媒、炭化水素系溶媒、エステル系溶媒及びケトン系溶媒からなる群から選ばれる溶媒が好ましく、イソプロピルアルコール、4-メチル-2-ペンタノール、トルエン、酢酸ブチル及びアセトンからなる群から選ばれる溶媒がより好ましい。
上記有機溶媒含有液における有機溶媒の含有量の下限としては、80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましく、99質量%が特に好ましい。上記有機溶媒の含有量を上記範囲とすることで、露光部及び非露光部での現像液に対する溶解速度のコントラストをより向上することができる。なお、上記有機溶媒含有液の有機溶媒以外の成分としては、例えば水、シリコーンオイル等が挙げられる。
上記現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量添加してもよい。上記界面活性剤としては例えばイオン性又は非イオン性のフッ素系界面活性剤、シリコーン系の界面活性剤等を用いることができる。
現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。
上記現像後の基板は、水、アルコール等のリンス液を用いてリンスした後、乾燥させることが好ましい。上記リンスの方法としては、例えば一定速度で回転している基板上にリンス液を塗出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<[A]粒子の合成>
[合成例1]
ジルコニウム(IV)テトライソプロポキシド2.7gをメタクリル酸9gに溶解させ、この溶液を65℃で2時間加熱した。反応溶液を複数回ヘキサンで洗浄した後、乾燥させることで、金属原子と有機酸に由来する配位子とを主に含む粒子(A-1)を得た。
[合成例1]
ジルコニウム(IV)テトライソプロポキシド2.7gをメタクリル酸9gに溶解させ、この溶液を65℃で2時間加熱した。反応溶液を複数回ヘキサンで洗浄した後、乾燥させることで、金属原子と有機酸に由来する配位子とを主に含む粒子(A-1)を得た。
<感放射線性組成物の調製>
感放射線性組成物の調製に用いた[B]化合物、[C]有機溶媒、[D]酸発生剤及び[E]ラジカル捕捉剤を以下に示す。
感放射線性組成物の調製に用いた[B]化合物、[C]有機溶媒、[D]酸発生剤及び[E]ラジカル捕捉剤を以下に示す。
[[B]化合物]
B-1:下記式(B-1)で表される化合物
B-2:下記式(B-2)で表される化合物
B-3:下記式(B-3)で表される化合物
B-4:下記式(B-4)で表される化合物
B-5:下記式(B-5)で表される化合物
B-1:下記式(B-1)で表される化合物
B-2:下記式(B-2)で表される化合物
B-3:下記式(B-3)で表される化合物
B-4:下記式(B-4)で表される化合物
B-5:下記式(B-5)で表される化合物
[[C]有機溶媒]
C-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(下記式(C-1)で表される化合物)
C-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(下記式(C-1)で表される化合物)
[[D]酸発生剤]
D-1:N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミド(下記式(D-1)で表される化合物)
D-1:N-(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)-1,8-ナフタルイミド(下記式(D-1)で表される化合物)
[[E]ラジカル捕捉剤]
E-1:2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル(下記式(E-1)で表される化合物)
E-1:2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシルフリーラジカル(下記式(E-1)で表される化合物)
[比較例1]
[A]粒子としての(A-1)100質量部、[C]有機溶媒としての(C-1)及び[D]酸発生剤としての(D-1)10質量部を混合し、固形分濃度5質量%の混合液とした。得られた混合液を孔径0.20μmのメンブランフィルターでろ過することで感放射線性組成物(R-1)を調製した。
[A]粒子としての(A-1)100質量部、[C]有機溶媒としての(C-1)及び[D]酸発生剤としての(D-1)10質量部を混合し、固形分濃度5質量%の混合液とした。得られた混合液を孔径0.20μmのメンブランフィルターでろ過することで感放射線性組成物(R-1)を調製した。
[実施例1]
[A]粒子としての(A-1)100質量部、[B]化合物としての(B-1)10質量部、[C]有機溶媒としての(C-1)、[D]酸発生剤としての(D-1)10質量部及び[E]ラジカル捕捉剤としての(E-1)5質量部を混合し、固形分濃度5質量%の混合液とした。得られた混合液を孔径0.20μmのメンブランフィルターでろ過することで感放射線性組成物(R-2)を調製した。
[A]粒子としての(A-1)100質量部、[B]化合物としての(B-1)10質量部、[C]有機溶媒としての(C-1)、[D]酸発生剤としての(D-1)10質量部及び[E]ラジカル捕捉剤としての(E-1)5質量部を混合し、固形分濃度5質量%の混合液とした。得られた混合液を孔径0.20μmのメンブランフィルターでろ過することで感放射線性組成物(R-2)を調製した。
[実施例2~5]
下記表1に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、実施例1と同様に操作して感放射線性組成物(R-3)~(R-6)を調製した。なお、下記表1の「-」は、該当する成分を用いなかったことを示す。
下記表1に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、実施例1と同様に操作して感放射線性組成物(R-3)~(R-6)を調製した。なお、下記表1の「-」は、該当する成分を用いなかったことを示す。
<パターンの形成>
簡易スピンコーターで、シリコンウエハ上に、下記表2に示す感放射線性組成物をスピンコートした後、80℃、60秒間の条件でPBし、平均厚さ50nmの膜を形成した。次に、EUV露光装置(Lowrence Berkley National Laboratoryにて)を用いて上記膜にEUV光を露光し、パターニングを行った。EUV光照射は、線幅50nmのライン部と、隣り合うライン部の間に形成される間隔50nmのスペース部とが1:1となるライン・アンド・スペースパターン(1L1S)形成用のマスクパターンを用いて行った。アセトンにより現像した後、乾燥させることでネガ型パターンを形成した。
簡易スピンコーターで、シリコンウエハ上に、下記表2に示す感放射線性組成物をスピンコートした後、80℃、60秒間の条件でPBし、平均厚さ50nmの膜を形成した。次に、EUV露光装置(Lowrence Berkley National Laboratoryにて)を用いて上記膜にEUV光を露光し、パターニングを行った。EUV光照射は、線幅50nmのライン部と、隣り合うライン部の間に形成される間隔50nmのスペース部とが1:1となるライン・アンド・スペースパターン(1L1S)形成用のマスクパターンを用いて行った。アセトンにより現像した後、乾燥させることでネガ型パターンを形成した。
<評価>
上記調製した感放射線性組成物について、パターン形成性及びスカム抑制性を、以下の方法に従い評価した。評価結果を下記表2に合わせて示す。
上記調製した感放射線性組成物について、パターン形成性及びスカム抑制性を、以下の方法に従い評価した。評価結果を下記表2に合わせて示す。
[パターン形成性]
上記パターンの形成において、ライン・アンド・スペースパターン(1L1S)が形成できた場合は、パターン形成性は「A」(良好)と、形成できなかった場合は「B」(良好でない)と評価した。
上記パターンの形成において、ライン・アンド・スペースパターン(1L1S)が形成できた場合は、パターン形成性は「A」(良好)と、形成できなかった場合は「B」(良好でない)と評価した。
[スカム抑制性]
走査型電子顕微鏡(Zeiss社の「Zeiss Ultra SEM」)を用いて、形成されたパターン間を観察し、現像液で剥離されずスペース部に残存している膜の有無を確認した。スカム抑制性は、膜の残存が認められない場合は「A」(良好)と、膜の残存が認められる場合は「B」(不良)と評価した。なお、下記表2の「スカム抑制性」における「-」は、ライン・アンド・スペースパターン(1L1S)が形成できなかったので、スカム抑制性の評価を行わなかったことを示す。
走査型電子顕微鏡(Zeiss社の「Zeiss Ultra SEM」)を用いて、形成されたパターン間を観察し、現像液で剥離されずスペース部に残存している膜の有無を確認した。スカム抑制性は、膜の残存が認められない場合は「A」(良好)と、膜の残存が認められる場合は「B」(不良)と評価した。なお、下記表2の「スカム抑制性」における「-」は、ライン・アンド・スペースパターン(1L1S)が形成できなかったので、スカム抑制性の評価を行わなかったことを示す。
表2の結果から分かるように、実施例の感放射線性組成物は、パターン形成性及びスカム抑制性に優れている。一方、比較例の感放射線性組成物は、ライン・アンド・スペースパターンを形成することができなかった。
本発明の感放射線性組成物及びパターン形成方法によれば、スカムが抑制されたパターンを形成することができる。従って、これらは今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイスのリソグラフィー工程における微細なレジストパターン形成に好適に用いることができる。
Claims (6)
- 1又は複数の第1官能基を有し、金属酸化物を主成分とする粒子と、
上記第1官能基と反応する1又は複数の第2官能基を有する化合物と、
有機溶媒と
を含有する感放射線性組成物。 - 上記第1官能基及び上記第2官能基のうちの一方がエチレン性炭素-炭素二重結合含有基、保護若しくは非保護のイソシアネート基又はこれらの組み合わせであり、他方が保護若しくは非保護のスルファニル基、保護若しくは非保護のアミノ基、保護若しくは非保護のヒドロキシ基又はこれらの組み合わせであるか、又は上記第1官能基及び上記第2官能基のうちの一方が炭素-炭素三重結合含有基であり、他方がアジド基である請求項1に記載の感放射線性組成物。
- 上記粒子が、上記金属酸化物を構成する金属原子と、上記第1官能基を有する有機酸に由来する配位子とを含む請求項1又は請求項2に記載の感放射線性組成物。
- 上記粒子の平均粒子径が20nm以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の感放射線性組成物。
- 上記金属酸化物を構成する金属原子が、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族、第13族、第14族及び第15族の少なくともいずれかの原子である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の感放射線性組成物。
- 基板に直接又は間接に感放射線性組成物を塗工する工程と、
上記塗工工程により形成された膜を露光する工程と、
上記露光工程後の膜を現像する工程と
を備え、
上記感放射線性組成物が、
1又は複数の第1官能基を有し、金属酸化物を主成分とする粒子と、
上記第1官能基と反応する1又は複数の第2官能基を有する化合物と、
有機溶媒と
を含有するパターン形成方法。
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|---|---|
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|---|---|
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Cited By (2)
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2019
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