JP5051232B2 - 感放射線性樹脂組成物及びパターン形成方法 - Google Patents

感放射線性樹脂組成物及びパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、感放射線性樹脂組成物及びパターン形成方法に関する。更に詳しくは、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザーに代表される遠紫外線、シンクロトロン放射線等のX線、電子線等の荷電粒子線の如き各種の放射線を使用する微細加工に有用な化学増幅型レジストとして好適に使用することができる感放射線性樹脂組成物及びそれを用いたパターン形成方法に関する。
集積回路素子の製造に代表される微細加工の分野においては、より高い集積度を得るために、最近では0.20μm以下のレベルでの微細加工が可能なリソグラフィー技術が必要とされている。しかし、従来のリソグラフィープロセスでは、一般に放射線としてi線等の近紫外線が用いられているが、この近紫外線では、サブクオーターミクロンレベルの微細加工が極めて困難であると言われている。そこで、0.20μm以下のレベルでの微細加工を可能とするために、より波長の短い放射線の利用が検討されている。
このような短波長の放射線としては、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、電子線等を挙げることができるが、これらのうち、特にKrFエキシマレーザー(波長248nm)或いはArFエキシマレーザー(波長193nm)が注目されている。
このようなエキシマレーザーによる照射に適したレジストとして、酸解離性官能基を有する成分と、放射線の照射(以下、「露光」という。)により酸を発生する成分(以下、「酸発生剤」という。)と、による化学増幅効果を利用したレジスト(以下、「化学増幅型レジスト」という。)が数多く提案されている。
この化学増幅型レジストとしては、例えば、カルボン酸のt−ブチルエステル基又はフェノールのt−ブチルカーボナート基を有する重合体と酸発生剤とを含有するレジストが提案されている(特許文献1参照)。このレジストは、露光により発生した酸の作用により、重合体中に存在するt−ブトキシカルボニル基或いはt−ブチルカーボナート基が解離して、該重合体がカルボキシル基或いはフェノール性水酸基からなる酸性基を有するようになり、その結果、レジスト被膜の露光領域がアルカリ現像液に易溶性となる現象を利用したものである。
ところで、従来の化学増幅型レジストの多くは、フェノール系樹脂をベースにするものであるが、このような樹脂の場合、放射線として遠紫外線を使用すると、樹脂中の芳香族環に起因して遠紫外線が吸収されるため、露光された遠紫外線がレジスト被膜の下層部まで十分に到達できないという欠点がある。そのため、露光量がレジスト被膜の上層部では多く、下層部では少なくなり、現像後のレジストパターンのパターンプロファイルが上部で細く、下部にいくほど太い台形状になってしまい、十分な解像度が得られないなどの問題があった。その上、現像後のパターンプロファイルが台形状となった場合、次の工程、即ちエッチングやイオンの打ち込み等を行う際に、所望の寸法精度が達成できず、問題となっていた。しかも、パターンプロファイル上部の辺と側壁とがほぼ直角になる矩形状でないと、ドライエッチングによるレジストの消失速度が速くなってしまい、エッチング条件の制御が困難になるという問題もあった。
一方、レジストのパターンプロファイルは、レジスト被膜の放射線透過率を高めることにより改善することができる。例えば、ポリメチルメタクリレートに代表される(メタ)アクリレート系樹脂は、遠紫外線に対しても透明性が高く、放射線透過率の観点から非常に好ましい樹脂であり、例えばメタクリレート系樹脂を使用した化学増幅型レジストが提案されている(特許文献2参照)。
しかしながら、この組成物は、微細加工性能の点では優れているものの、芳香族環をもたないため、ドライエッチング耐性が低いという欠点があり、この場合も高精度のエッチング加工を行うことが困難であり、放射線に対する透明性とドライエッチング耐性とを兼ね備えたものとは言えない。
また、化学増幅型レジストについて、放射線に対する透明性を損なわないで、ドライエッチング耐性を改善する方策の一つとして、レジスト中の樹脂成分に、芳香族環に代えて脂肪族環を導入する方法が知られており、例えば脂肪族環を有する(メタ)アクリレート系樹脂を使用した化学増幅型レジストが提案されている(特許文献3参照)。
このレジストでは、樹脂成分が有する酸解離性官能基として、従来の酸により比較的解離し易い基(例えば、テトラヒドロピラニル基等のアセタール系官能基)や酸により比較的解離し難い基(例えば、t−ブチルエステル基、t−ブチルカーボネート基等のt−ブチル系官能基)が用いられている。しかしながら、前者の酸解離性官能基を有する樹脂成分の場合、レジストの基本物性、特に感度やパターンプロファイルは良好であるが、組成物としての保存安定性に難点がある。また、後者の酸解離性官能基を有する樹脂成分では、逆に保存安定性は良好であるが、レジストの基本物性、特に感度やパターンプロファイルが損なわれるという欠点がある。更に、このレジスト中の樹脂成分には脂肪族環が導入されているため、樹脂自体の疎水性が非常に高くなり、基板に対する接着が不十分になるという問題があった。
また、化学増幅型レジストを用いてレジストパターンを形成する際には、酸解離性官能基の解離を促進するため、通常、露光後に加熱処理されるが、普通、その加熱温度が変化するとレジストパターンの線幅もある程度変動するのが避けられない。しかし、近年における集積回路素子の微細化を反映して、露光後の加熱温度の変化に対しても線幅の変動(即ち温度依存性)が小さいレジストの開発も強く求められるようになってきた。
更に、化学増幅型レジストにおいては、酸発生剤がレジストとしての機能に大きな影響を及ぼすことが知られており、今日では、露光による酸発生の量子収率が高く、高感度である等の理由から、オニウム塩化合物が化学増幅レジストの酸発生剤として広く使用されている。この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ヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、シクロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等が使用されている。
しかし、これらの従来のオニウム塩化合物は、一般に感度の点で満足できず、また感度が比較的高い場合でも、解像度、パターンプロファイル等を総合したレジスト性能の点で未だ十分とは言えない。
このような状況の下、集積回路素子における微細化の進行に対応しうる技術開発の観点から、遠紫外線に代表される短波長の放射線に適応可能で、放射線に対する透明性が高く、且つ感度、解像度、パターンプロファイル等のレジストとしての基本物性に優れる化学増幅型レジストが強く求められている。
特開昭59−45439号公報 特開平4−226461号公報 特開平7−234511号公報
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、放射線に対する透明性が高く、感度、解像度、EL(露光余裕度)等のレジストとしての基本物性に優れるとともに、コンタクトホールパターンを形成する際における円形性及びCD Uniformity(パターンの形状及び大きさの面内均一性)に優れる感放射線性樹脂組成物及びそれを用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明は以下の通りである。
[1](A)酸の作用によりアルカリ可溶性となる酸解離性基含有樹脂と、(B)感放射線性酸発生剤と、(C)溶剤と、を含有する感放射線性樹脂組成物であって、前記(A)酸解離性基含有樹脂は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005051232
〔一般式(1)において、Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、Xは水素原子、ヒドロキシル基又はアシル基を示し、mは1〜18の整数である。〕
Figure 0005051232
〔一般式(2)において、Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、Rは炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、nは4〜8の整数である。〕
[2]前記(A)酸解離性基含有樹脂が、更に、下記一般式(3−1)〜(3−4)で表される繰り返し単位群から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位を含む前記[1]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005051232
〔一般式(3−1)〜(3−4)において、各Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、各Rは炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示す。尚、Rが複数存在する場合には、それらは同一であってもよいし、異なっていてもよい。〕
[3]コンタクトホールパターンの形成に用いられる前記[1]又は[2]に記載の感放射線性樹脂組成物。
[4]前記一般式(1)で表される繰り返し単位におけるXが、水素原子又はヒドロキシル基である前記[1]乃至[3]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[5]前記一般式(2)で表される繰り返し単位が、下式(M−2−1)で表される化合物に由来する繰り返し単位、及び下式(M−2−2)で表される化合物に由来する繰り返し単位から選ばれる少なくとも一種である前記[1]乃至[4]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005051232
〔式(M−2−1)及び式(M−2−2)において、R は水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示す。〕
[6]前記(A)酸解離性基含有樹脂が、更に、ラクトン骨格を有する繰り返し単位を含む前記[1]乃至[5]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[7]前記ラクトン骨格を有する繰り返し単位が、下式(M−3)で表される化合物に由来する繰り返し単位である前記[6]に記載の感放射線性樹脂組成物。
Figure 0005051232
[8]前記(A)酸解離性基含有樹脂における前記一般式(1)で表される繰り返し単位の含有率が、前記(A)酸解離性基含有樹脂に含まれる全ての繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜30モル%である前記[1]乃至[7]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[9]前記(A)酸解離性基含有樹脂における前記一般式(2)で表される繰り返し単位の含有率が、前記(A)酸解離性基含有樹脂に含まれる全ての繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜70モル%である前記[1]乃至[8]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[10]前記(C)溶剤が、直鎖状若しくは分岐状のケトン類、環状のケトン類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類、及びγ−ブチロラクトンから選ばれる少なくとも一種である前記[1]乃至[9]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[11]更に、酸拡散制御剤を含有する前記[1]乃至[10]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
[12]前記酸拡散制御剤が窒素含有化合物である前記[11]に記載の感放射線性樹脂組成物。
[13]前記[1]乃至[12]のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物を基板上に塗布してレジスト被膜を形成し、該レジスト被膜を露光し、現像することを特徴とするパターン形成方法。
[14]露光後に、加熱処理を行う前記[13]に記載のパターン形成方法。
[15]露光方法が液浸露光であり、前記レジスト被膜上に更に液浸用保護膜を設けることを特徴とする前記[13]又は[14]に記載のパターン形成方法。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、活性放射線、特に、ArFエキシマレーザー(波長193nm)に代表される遠紫外線に感応する化学増幅型レジストとして、放射線に対する透明性、解像度、感度等が高いといったレジストとしての基本的性能を有しているだけでなく、第一に、パターン形状が良好であり、特にコンタクトホールパターン(C/Hパターン)においては、ホールの円形性が極めて高く、第二に、ウェハ面内におけるCD Uniformity(パターンの形状及び大きさの面内均一性)が良好であり、今後微細化が進むと予想される半導体デバイスの製造に極めて好適に使用することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。尚、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル及びメタクリルを意味する。また、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートを意味する。
本発明の感放射線性樹脂組成物は、(A)酸の作用によりアルカリ可溶性となる酸解離性基含有樹脂と、(B)感放射線性酸発生剤と、(C)溶剤とを含有するものである。
[1]酸の作用によりアルカリ可溶性となる酸解離性基含有樹脂
前記酸解離性基含有樹脂〔以下、「樹脂(A)」ともいう。〕は、アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性の樹脂であって、酸の作用によりアルカリ可溶性となる樹脂である。ここでいう「アルカリ不溶性又はアルカリ難溶性」とは、樹脂(A)を含有する感放射線性樹脂組成物から形成されたレジスト被膜からレジストパターンを形成する際に採用されるアルカリ現像条件下で、当該レジスト被膜の代わりに樹脂(A)のみを用いた被膜を現像した場合に、当該被膜の初期膜厚の50%以上が現像後に残存する性質を意味する。
また、前記樹脂(A)は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(1)」という。〕、及び下記一般式(2)〔以下、「繰り返し単位(2)」という。〕で表される繰り返し単位を含むものである。
Figure 0005051232
〔一般式(1)において、Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、Xは水素原子、ヒドロキシル基又はアシル基を示し、mは1〜18の整数である。〕
Figure 0005051232
〔一般式(2)において、Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、Rは炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、nは4〜8の整数である。〕
前記一般式(1)におけるRの炭素1〜4の置換基を有してもよいアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等を挙げることができる。
また、前記一般式(1)におけるXのアシル基としては、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基、ヘキサノイル基等を挙げることができる。
更に、一般式(1)におけるmは1〜18の整数であり、好ましくは1〜10の整数、より好ましくは1〜5の整数である。
また、前記繰り返し単位(1)を与える具体的な単量体としては、例えば、下式の化合物(M−1−1)、化合物(M−1−2)等を挙げることができる。尚、各式中におけるRは、前記一般式(1)におけるRと同様であり、水素原子又はメチル基を示す。
Figure 0005051232
Figure 0005051232
前記一般式(2)におけるR及びRの炭素1〜4の置換基を有してもよいアルキル基については、前記一般式(1)のRにおける説明をそのまま適用することができる。
また、一般式(2)におけるnは4〜8の整数であり、好ましくは4〜7の整数である。
また、前記繰り返し単位(2)を与える具体的な単量体としては、例えば、下式の化合物(M−2−1)、化合物(M−2−2)等を挙げることができる。尚、各式中におけるRは、前記一般式(2)におけるRと同様であり、水素原子又はメチル基を示す。
Figure 0005051232
Figure 0005051232
前記樹脂(A)は、前記繰り返し単位(1)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。また、この樹脂(A)は、前記繰り返し単位(2)を1種のみ含有していてもよいし、2種以上含有していてもよい。更に、この樹脂(A)は、繰り返し単位(1)及び(2)以外にも、他の繰り返し単位を含有していてもよい。
前記他の繰り返し単位としては、例えば、下記一般式(3−1)〜(3−4)で表される繰り返し単位、ラクトン骨格を有する繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0005051232
〔一般式(3−1)〜(3−4)において、各Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、各Rは炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示す。尚、Rが複数存在する場合には、それらは同一であってもよいし、異なっていてもよい。〕
前記ラクトン骨格を有する繰り返し単位としては、例えば、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−9−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[4.2.1.03,7]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]デカ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−10−メトキシカルボニル−5−オキソ−4−オキサ−トリシクロ[5.2.1.03,8]ノナ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−6−オキソ−7−オキサ−ビシクロ[3.2.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メトキシカルボニル−7−オキソ−8−オキサ−ビシクロ[3.3.1]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−メチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−エチル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4−プロピル−2−オキソテトラヒドロピラン−4−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2,2−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5,5−ジメチル−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−2−オキソテトラヒドロフラン−3−イルエステル、(メタ)アクリル酸−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−3,3−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル、(メタ)アクリル酸−4,4−ジメチル−5−オキソテトラヒドロフラン−2−イルメチルエステル等の重合性不飽和結合が開裂した単位を挙げることができる。
更に、前記他の繰り返し単位としては、下記一般式(4)で表される繰り返し単位〔以下、「繰り返し単位(4)」という。〕、下記一般式(5)〔以下、「繰り返し単位(5)」という。〕で表される繰り返し単位等を挙げることができる。
Figure 0005051232
〔一般式(4)において、Rは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、トリフルオロメチル基、又はヒドロキシメチル基を示し、Rは2価の有機基を示す。〕
Figure 0005051232
〔一般式(5)において、Rは水素又はメチル基を示し、Xは単結合又は炭素数1〜3の2価の有機基を示し、Zは相互に独立に単結合又は炭素数1〜3の2価の有機基を示し、Rは相互に独立に水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、又はCOOR10基を示す。〕
一般式(4)のRにおける炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等のアルキル基が挙げられる。
また、一般式(4)のRにおける2価の有機基は、好ましくは2価の炭化水素基であり、2価の炭化水素基のなかでも鎖状又は環状の炭化水素基が好ましく、アルキレングリコール基であってもよいし、アルキレンエステル基であってもよい。
好ましい前記Rとしては、メチレン基、エチレン基、1,3−プロピレン基若しくは1,2−プロピレン基等のプロピレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基、ウンデカメチレン基、ドデカメチレン基、トリデカメチレン基、テトラデカメチレン基、ペンタデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基、ヘプタデカメチレン基、オクタデカメチレン基、ノナデカメチレン基、イサレン基、1−メチル−1,3−プロピレン基、2−メチル1,3−プロピレン基、2−メチル−1,2−プロピレン基、1−メチル−1,4−ブチレン基、2−メチル−1,4−ブチレン基、メチリデン基、エチリデン基、プロピリデン基、又は、2−プロピリデン基等の飽和鎖状炭化水素基、1,3−シクロブチレン基等のシクロブチレン基、1,3−シクロペンチレン基等のシクロペンチレン基、1,4−シクロヘキシレン基等のシクロヘキシレン基、1,5−シクロオクチレン基等のシクロオクチレン基等の炭素数3〜10のシクロアルキレン基等の単環式炭化水素環基、1,4−ノルボルニレン基若しくは2,5−ノルボルニレン基等のノルボルニレン基、1,5−アダマンチレン基、2,6−アダマンチレン基等のアダマンチレン基等の2〜4環式炭素数4〜30の炭化水素環基等の架橋環式炭化水素環基等が挙げられる。
特に、Rとして2価の脂肪族環状炭化水素基を含む場合には、ビストリフルオロメチル−ヒドロキシ−メチル基と、この脂肪族環状炭化水素基との間にスペーサーとして炭素数1〜4のアルキレン基を挿入することが好ましい。
また、Rとしては、2,5−ノルボルニレン基を含む炭化水素基、1,2−エチレン基、プロピレン基が好ましい。
一般式(5)におけるX及びZにおける炭素数1〜3の2価の有機基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が挙げられる。
また、一般式(5)のRにおけるCOOR10基のR10は、水素原子或いは炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数3〜20の脂環式のアルキル基を表す。このR10における、前記炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基を例示できる。
また、前記炭素数3〜20の脂環式のアルキル基としては、−C2n−1(nは3〜20の整数)で表されるシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が挙げられる。更には、多環型脂環式アルキル基、例えば、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基、テトラシクロ[6.2.13,6.02,7]ドデカニル基、アダマンチル基等、又は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基の1種以上或いは1個以上でシクロアルキル基又は多環型脂環式アルキル基の一部を置換した基等が挙げられる。
また、3つのRのうち少なくとも一つは水素原子でなく、且つXが単結合のときは、3つのZのうち少なくとも一つは炭素数1〜3の2価の前記有機基であることが好ましい。
更に、前記他の繰り返し単位としては、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−ビシクロ[2.2.2]オクタ−2−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカ−7−イルエステル、(メタ)アクリル酸−テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカ−9−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−1−イルエステル、(メタ)アクリル酸−トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ−2−イルエステル等の重合性不飽和結合が開裂した単位を挙げることができる。
尚、これらの他の繰り返し単位は、1種のみ含有されていてもよいし、2種以上含有されていてもよい。
また、具体的な樹脂(A)としては、例えば、下記に示す繰り返し単位の組み合わせにより構成されるもの等を挙げることができる。
尚、下記の各繰り返し単位におけるR11は、各々独立に、水素原子又はメチル基を示す。
Figure 0005051232
Figure 0005051232
樹脂(A)における前記繰り返し単位(1)の含有率は、樹脂(A)に含まれる全ての繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、通常5〜30モル%、好ましくは5〜20モル%、より好ましくは10〜20モル%である。この繰り返し単位(1)の含有率が5モル%未満の場合、レジストの溶剤への溶解性、基板に対する密着性、或いは円形性及びCD Uniformity等が不十分となるおそれがある。一方、30モル%を超える場合、レジストパターン形状、解像性が低下するおそれがある。
また、前記繰り返し単位(2)の含有率は、樹脂(A)に含まれる全ての繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、通常5〜70モル%、好ましくは5〜50モル%、より好ましくは10〜50モル%である。この繰り返し単位(2)の含有率が5モル%未満の場合、解像性が不十分となるおそれがある。一方、70モル%を超える場合、十分な、円形性、CD Uniformity、及びパターン形状等が得られないおそれがある。
また、前記他の繰り返し単位の含有率は、樹脂(A)に含まれる全ての繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜70モル%であることが好ましく、より好ましくは10〜70モル%、更に好ましくは20〜60モル%である。この他の繰り返し単位の含有率が5〜70モル%である場合、解像性等の観点から好ましい。
前記樹脂(A)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(以下、「Mw」という。)は、通常1000〜300000、好ましくは2000〜200000、より好ましくは3000〜100000である。このMwが1000未満の場合、レジストとしての耐熱性が低下するおそれがある。一方、300000を超える場合、レジストとしての現像性が低下するおそれがある。
また、樹脂(A)のMwと、GPCによるポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」という。)との比(Mw/Mn)は、通常1〜5、好ましくは1〜3である。
本発明の感放射線性樹脂組成物には、前記樹脂(A)が1種のみ含有されていてもよいし、2種以上含有されていてもよい。
前記樹脂(A)は、例えば、各繰り返し単位に対応する単量体の混合物を、ヒドロパーオキシド類、ジアルキルパーオキシド類、ジアシルパーオキシド類、アゾ化合物等のラジカル重合開始剤を使用し、必要に応じて連鎖移動剤の存在下、適当な溶媒中で重合することにより調製することができる。
前記重合に使用される溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等のアルカン類;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、デカリン、ノルボルナン等のシクロアルカン類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン等の芳香族炭化水素類;クロロブタン類、ブロモヘキサン類、ジクロロエタン類、ヘキサメチレンジブロミド、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の飽和カルボン酸エステル類;γ−ブチロラクトン等のアルキルラクトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーエル類;2−ブタノン、2−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン等のアルキルケトン類;シクロヘキサノン等のシクロアルキルケトン類;2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記重合における反応温度は、通常40〜120℃、好ましくは50〜100℃である。また、前記重合における反応時間は、通常1〜48時間、好ましくは1〜24時間である。
また、前記樹脂(A)は、ハロゲン、金属等の不純物が少ないものであることが好ましく、更に、残留モノマーやオリゴマー成分が既定値以下、例えば、HPLCで0.1質量%以下等であることが好ましい。それにより、レジストとしての感度、解像度、プロセス安定性、パターン形状等を更に改善することができるとともに、液中異物や感度等の経時変化が無いレジストを提供することができる。
前記樹脂(A)の精製法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
金属等の不純物を除去する方法としては、ゼータ電位フィルターを用いて樹脂溶液中の金属を吸着させる方法や、蓚酸やスルホン酸等の酸性水溶液で樹脂溶液を洗浄することで金属をキレート状態にして除去する方法等が挙げられる。
残留モノマーやオリゴマー成分を規定値以下に除去する方法としては、水洗や適切な溶媒を組み合わせることにより残留モノマーやオリゴマー成分を除去する液々抽出法、特定の分子量以下のもののみを抽出除去する限外濾過等の溶液状態での精製方法や、樹脂溶液を貧溶媒へ滴下することで樹脂を貧溶媒中に凝固させることにより残留モノマー等を除去する再沈澱法や、濾別した樹脂スラリー貧溶媒で洗浄する等の固体状態での精製方法がある。尚、これらの方法は組み合わせて用いることができる。
また、前記再沈澱法に用いられる貧溶媒は、精製する樹脂の物性等により適宜選択される。
[2]感放射線性酸発生剤
前記感放射線性酸発生剤〔以下、「酸発生剤(B)」ともいう。〕は、放射線の照射により酸を発生する物質である。
この酸発生剤(B)としては、一般的なものを使用することができるが、下記一般式(6)で表される化合物を含むことが好ましい。
Figure 0005051232
一般式(6)において、R12は水素原子、フッ素原子、ヒドロキシル基、炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基、炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基、炭素原子数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基を示す。また、R13は炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、アルコキシル基若しくは炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルカンスルホニル基を示す。更に、R14は独立に炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいフェニル基又は置換基されていてもよいナフチル基を示すか、或いは2個のR14が互いに結合して炭素原子数2〜10の2価の基を形成しており、この2価の基は置換されていてもよく、kは0〜2の整数であり、Xは式:R152nSO 、R15SO (式中、R15は、フッ素原子又は置換されていてもよい炭素原子数1〜12の炭化水素基を示し、nは1〜10の整数である。)、又は、下記一般式(7−1)若しくは(7−2)で表されるアニオンを示し、rは0〜10の整数である。
Figure 0005051232
(各式中、R16は、互いに独立して、フッ素原子を有し、且つ、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は、2つのR16が互いに結合して、フッ素原子を有し、且つ、炭素数2〜10の2価の有機基であり、この2価の有機基は置換基を有してもよい。)
一般式(6)において、R12、R13及びR14の炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等を挙げることができる。これらのアルキル基のなかでも、メチル基、エチル基、n−ブチル基、t−ブチル基等が好ましい。
また、R12の炭素原子数1〜10の環状のアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を挙げることができる。
更に、R12及びR13の炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基等を挙げることができる。これらのアルコキシル基のうち、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基等が好ましい。
また、R12の炭素原子数2〜11の直鎖状若しくは分岐状のアルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、n−ペンチルオキシカルボニル基、ネオペンチルオキシカルボニル基、n−ヘキシルオキシカルボニル基、n−ヘプチルオキシカルボニル基、n−オクチルオキシカルボニル基、2−エチルヘキシルオキシカルボニル基、n−ノニルオキシカルボニル基、n−デシルオキシカルボニル基等を挙げることができる。これらのアルコキシカルボニル基のうち、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基等が好ましい。
更に、R13の炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルカンスルホニル基としては、例えば、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、tert−ブタンスルホニル基、n−ペンタンスルホニル基、ネオペンタンスルホニル基、n−ヘキサンスルホニル基、n−ヘプタンスルホニル基、n−オクタンスルホニル基、2−エチルヘキサンスルホニル基n−ノナンスルホニル基、n−デカンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等を挙げることができる。これらのアルカンスルホニル基のうち、メタンスルホニル基、エタンスルホニル基、n−プロパンスルホニル基、n−ブタンスルホニル基、シクロペンタンスルホニル基、シクロヘキサンスルホニル基等が好ましい。
また、rとしては、0〜2が好ましい。
一般式(6)において、R14の置換されていてもよいフェニル基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2,4,6−トリメチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフェニル基又は炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたフェニル基;これらのフェニル基又はアルキル置換フェニル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の少なくとも一種の基1個以上で置換した基等を挙げることができる。
フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基のうち、前記アルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、2−メチルプロポキシ基、1−メチルプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の炭素原子数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1−メトキシエチル基、2−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、2−エトキシエチル基等の炭素原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシアルキル基等を挙げることができる。
更に、前記アルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、2−メチルプロポキシカルボニル基、1−メチルプロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニル基等を挙げることができる。
また、前記アルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、i−プロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、シクロペンチルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル等の炭素原子数2〜21の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(6)におけるR13の置換されていてもよいフェニル基としては、フェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−t−ブトキシフェニル基等が好ましい。
また、R14の置換されていてもよいナフチル基としては、例えば、1−ナフチル基、2−メチル−1−ナフチル基、3−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、5−メチル−1−ナフチル基、6−メチル−1−ナフチル基、7−メチル−1−ナフチル基、8−メチル−1−ナフチル基、2,3−ジメチル−1−ナフチル基、2,4−ジメチル−1−ナフチル基、2,5−ジメチル−1−ナフチル基、2,6−ジメチル−1−ナフチル基、2,7−ジメチル−1−ナフチル基、2,8−ジメチル−1−ナフチル基、3,4−ジメチル−1−ナフチル基、3,5−ジメチル−1−ナフチル基、3,6−ジメチル−1−ナフチル基、3,7−ジメチル−1−ナフチル基、3,8−ジメチル−1−ナフチル基、4,5−ジメチル−1−ナフチル基、5,8−ジメチル−1−ナフチル基、4−エチル−1−ナフチル基2−ナフチル基、1−メチル−2−ナフチル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−2−ナフチル基等のナフチル基又は炭素原子数1〜10の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基で置換されたナフチル基;これらのナフチル基又はアルキル置換ナフチル基を、ヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等の少なくとも1種の基1個以上で置換した基等を挙げることができる。
前記置換基であるアルコキシル基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基及びアルコキシカルボニルオキシ基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基について例示した基を挙げることができる。
一般式(6)におけるR14の置換されていてもよいナフチル基としては、1−ナフチル基、1−(4−メトキシナフチル)基、1−(4−エトキシナフチル)基、1−(4−n−プロポキシナフチル)基、1−(4−n−ブトキシナフチル)基、2−(7−メトキシナフチル)基、2−(7−エトキシナフチル)基、2−(7−n−プロポキシナフチル)基、2−(7−n−ブトキシナフチル)基等が好ましい。
また、2個のR14が互いに結合して形成した炭素原子数2〜10の2価の基としては、一般式(6)中の硫黄原子と共に5員又は6員の環、特に好ましくは5員の環(即ち、テトラヒドロチオフェン環)を形成する基が望ましい。
また、前記2価の基に対する置換基としては、例えば、前記フェニル基及びアルキル置換フェニル基に対する置換基として例示したヒドロキシル基、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシル基、アルコキアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルオキシ基等を挙げることができる。
一般式(6)におけるR14としては、メチル基、エチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、2個のR14が互いに結合して硫黄原子と共にテトラヒドロチオフェン環構造を形成する2価の基等が好ましい。
一般式(6)におけるXは、R152nSO 、R15SO 、又は、前記一般式(7−1)若しくは(7−2)で表されるアニオンである。Xが、R152nSO である場合の−C2n−基は、炭素原子数nのパーフルオロアルキレン基であるが、この基は直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。ここで、nは1、2、4又は8であることが好ましい。
また、R15における置換されていてもよい炭素原子数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、シクロアルキル基、有橋脂環式炭化水素基が好ましい。
具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、ノルボルニル基、ノルボニルメチル基、ヒドロキシノルボルニル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
また、Xが、前記一般式(7−1)又は(7−2)で表されるアニオンである場合のR17は、互いに独立した、フッ素原子を有し、且つ、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基であってよいし、2つのR17が互いに結合して、フッ素原子を有し、且つ、炭素数2〜10の2価の有機基であってもよく、その場合、2価の有機基は置換基を有してもよい。
一般式(7−1)又は(7−2)において、R16が、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基である場合、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、ドデカフルオロペンチル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。
また、R16が、炭素数2〜10の2価の有機基である場合、テトラフルオロエチレン基、ヘキサフルオロプロピレン基、オクタフルオロブチレン基、デカフルオロペンチレン基、ウンデカフルオロヘキシレン基等が挙げられる。
具体的な酸発生剤(B)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−ジフルオロエタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムN,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、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トリフルオロメタンスルホネート、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−シクロヘキシルフェニルジ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、4−シクロヘキシルフェニルジ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、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウム2−(3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムN,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、4−シクロヘキシルフェニルジフェニルスルホニウムカンファースルホネート、4−t−ブチルフェニルジ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、4−t−ブチ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−t−ブチルフェニルジ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、4−t−ブチルフェニルジ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、4−t−ブチルフェニルジフェニルスルホニウム2−(3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、4−t−ブチルフェニルジフェニルスルホニウムN,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、4−t−ブチルフェニルジフェニルスルホニウムカンファースルホネート、
トリ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリ(4−t−ブチルフェニル)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(4−t−ブチルフェニル)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(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム2−(3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、トリ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムN,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、トリ(4−t−ブチルフェニル)スルホニウムカンファースルホネート、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−ジフルオロエタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムN,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、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)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、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、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムパーフルオロ−n−オクタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)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、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム2−(3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)−1,1−ジフルオロエタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムN,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート、
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N,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、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−(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トリフルオロメタンスルホネート、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、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パーフルオロ−n−オクタンスルホネート、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−(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N,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、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カンファースルホネート、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(パーフルオロ−n−オクタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−イル−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(2−(3−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル)−1,1−ジフルオロエタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)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−ブタンスルホニルオキシ)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−オクタンスルホニルオキシ)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−テトラフルオロエタンスルホニルオキシ)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−ジフルオロエタンスルホニルオキシ)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好ましく用いられる。
これらのなかでも、前記一般式(6)における、2個のR14が互いに結合して炭素原子2〜10の2価の基を形成している場合が好ましく、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N,N−ビス(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニル)イミデート、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等が好ましい。
特に、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−ジフルオロエタンスルホネートが好ましい。
これらの酸発生剤(B)は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸発生剤(B)の配合量は、レジストとしての感度及び現像性を確保する観点から、樹脂(A)100質量部に対して、通常0.1〜20質量部、好ましくは0.1〜10質量部である。この配合量が0.1質量部未満の場合、感度及び現像性が低下するおそれがある。一方、20質量部を超える場合、放射線に対する透明性が低下して、矩形のレジストパターンを得られ難くなるおそれがある。
[3]溶剤
本発明の感放射線性樹脂組成物は、その使用に際して、全固形分濃度が、通常1〜50質量%、好ましくは1〜25質量%となるように、溶剤〔以下、「溶剤(C)」ともいう。〕に溶解したのち、例えば、孔径0.2μm程度のフィルターでろ過することによって、組成物溶液として調製される。
前記溶剤(C)としては、例えば、2−ブタノン、2−ペンタノン、3−メチル−2−ブタノン、2−ヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、3−メチル−2−ペンタノン、3,3−ジメチル−2−ブタノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン等の直鎖状若しくは分岐状のケトン類;シクロペンタノン、3−メチルシクロペンタノン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロヘキサノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン、イソホロン等の環状のケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−i−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−sec−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−プロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸n−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸i−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸sec−ブチル、2−ヒドロキシプロピオン酸t−ブチル等の2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類;3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル等の3−アルコキシプロピオン酸アルキル類のほか、
n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロヘキサノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、トルエン、キシレン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチル酪酸メチル、3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルプロピオネート、3−メチル−3−メトキシブチルブチレート、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンジルエチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、カプロン酸、カプリル酸、1−オクタノール、1−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、しゅう酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等を挙げることができる。
これらのなかでも、直鎖状若しくは分岐状のケトン類、環状のケトン類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類、γ−ブチロラクトン等が好ましい。
これらの溶剤(C)は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[4]添加剤
本発明の感放射線性樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて、酸拡散制御剤、脂環族添加剤、界面活性剤、増感剤等の各種添加剤を配合することができる。
<酸拡散制御剤>
前記酸拡散制御剤は、露光により酸発生剤から生じる酸のレジスト被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作用を有する成分である。
このような酸拡散制御剤を配合することにより、得られる感放射線性樹脂組成物の貯蔵安定性を向上させることができる。更に、レジストとしての解像度をより向上させることができるとともに、露光から露光後の加熱処理までの引き置き時間(PED)の変動によるレジストパターンの線幅変化を抑えることができ、プロセス安定性に極めて優れた組成物を得ることができる。
前記酸拡散制御剤としては、例えば、3級アミン化合物、アミド基含有化合物、4級アンモニウムヒドロキシド化合物及び他の含窒素複素環化合物等の窒素含有化合物を挙げることができる。
前記3級アミン化合物としては、例えば、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−ヘプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、シクロヘキシルジメチルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、トリシクロヘキシルアミン等のトリ(シクロ)アルキルアミン類;アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、2−メチルアニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン、4−ニトロアニリン、2,6−ジメチルアニリン、2,6−ジイソプロピルアニリン等の芳香族アミン類;トリエタノールアミン、N,N−ジ(ヒドロキシエチル)アニリンなどのアルカノールアミン類;N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、1,3−ビス[1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル]ベンゼンテトラメチレンジアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル等を挙げることができる。
前記アミド基含有化合物としては、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−オクチルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−ノニルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジ−n−デシルアミン、N−t−ブトキシカルボニルジシクロヘキシルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−2−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、(S)−(−)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、(R)−(+)−1−(t−ブトキシカルボニル)−2−ピロリジンメタノール、N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン、N−t−ブトキシカルボニルピロリジン、N−t−ブトキシカルボニルピペラジン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−1−アダマンチルアミン、N,N−ジ−t−ブトキシカルボニル−N−メチル−1−アダマンチルアミン、N−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N,N’N’−テトラ−t−ブトキシカルボニルヘキサメチレンジアミン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,7−ジアミノヘプタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,8−ジアミノオクタン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,9−ジアミノノナン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,10−ジアミノデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−1,12−ジアミノドデカン、N,N’−ジ−t−ブトキシカルボニル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等のN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物等を挙げることができる。
前記4級アンモニウムヒドロキシド化合物としては、例えば、テトラ−n−プロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラ−n−ブチルアンモニウムヒドロキシド等を挙げることができる。
前記他の含窒素複素環化合物としては、例えば、;ピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−エチルピリジン、4−エチルピリジン、2−フェニルピリジン、4−フェニルピリジン、2−メチル−4−フェニルピリジン、ニコチン、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、キノリン、4−ヒドロキシキノリン、8−オキシキノリン、アクリジン等のピリジン類;ピペラジン、1−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン等のピペラジン類のほか、ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、イミダゾール、4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、ベンズイミダゾール、2−フェニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−メチルベンズイミダゾール、N−t−ブトキシカルボニル−2−フェニルベンズイミダゾール等を挙げることができる。
これらの窒素含有化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記酸拡散制御剤の配合量は、レジストとしての高い感度を確保する観点から、樹脂(A)100質量部に対して、通常、10質量部以下、好ましくは5質量部以下である。この配合量が、10質量部を超える場合、レジストとしての感度が著しく低下するおそれがある。尚、酸拡散制御剤の配合量が、0.001質量部未満の場合、プロセス条件によっては、レジストとしてのパターン形状や寸法忠実度が低下するおそれがある。
<脂環族添加剤>
前記脂環族添加剤は、ドライエッチング耐性、パターン形状、基板との接着性等を更に改善する作用を示す成分である。
このような脂環族添加剤としては、例えば、1−アダマンタンカルボン酸、2−アダマンタノン、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブトキシカルボニルメチル、1−アダマンタンカルボン酸α−ブチロラクトンエステル、1,3−アダマンタンジカルボン酸ジ−t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブチル、1−アダマンタン酢酸t−ブトキシカルボニルメチル、1,3−アダマンタンジ酢酸ジ−t−ブチル、2,5−ジメチル−2,5−ジ(アダマンチルカルボニルオキシ)ヘキサン等のアダマンタン誘導体類;アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジプロピル、アジピン酸ジn−ブチル、アジピン酸ジt−ブチル等のアルキルカルボン酸エステル類や、5−〔2−ヒドロキシ−2,2−ビス(トリフルオロメチル)エチル〕テトラシクロ[6.2.1.13,6.02,7]ドデカン等を挙げることができる。その他の化合物としてはデオキシコール酸t−ブトキシカルボニルメチルエステル、リコール酸t−ブトキシカルボニルメチルエステル等を挙げることができる。
これらの脂環族添加剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<界面活性剤>
前記界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、現像性等を改良する作用を示す成分である。
このような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のほか、以下商品名で、KP341(信越化学工業株式会社製)、ポリフローNo.75、同No.95(共栄社化学株式会社製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(トーケムプロダクツ株式会社製)、メガファックスF171、同F173(大日本インキ化学工業株式会社製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム株式会社製)、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(旭硝子株式会社製)等を挙げることができる。
これらの界面活性剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<増感剤>
前記増感剤は、放射線のエネルギーを吸収して、そのエネルギーを酸発生剤(B)に伝達し、それにより酸の生成量を増加する作用を示すもので、感放射線性樹脂組成物のみかけの感度を向上させる効果を有する。
このような増感剤としては、例えば、カルバゾール類、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ナフタレン類、フェノール類、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン類、アントラセン類、フェノチアジン類等を挙げることができる。
これらの増感剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
更に、本発明の感放射線性樹脂組成物には、前述の添加剤以外にも、必要に応じて、アルカリ可溶性樹脂、酸解離性の保護基を有する低分子のアルカリ溶解性制御剤、ハレーション防止剤、保存安定化剤、消泡剤等を配合することができる。また、染料或いは顔料を配合することにより、露光部の潜像を可視化させて、露光時のハレーションの影響を緩和でき、接着助剤を配合することにより、基板との接着性を改善することができる。
[5]レジストパターンの形成方法
本発明の感放射線性樹脂組成物は、化学増幅型レジストとして有用であり、特にコンタクトホールパターンの形成に有用である。この化学増幅型レジストにおいては、露光により酸発生剤から発生した酸の作用によって、樹脂成分〔主に、樹脂(A)〕中の酸解離性基が解離して、カルボキシル基を生じ、その結果、レジストの露光部のアルカリ現像液に対する溶解性が高くなり、該露光部がアルカリ現像液によって溶解、除去され、ポジ型のレジストパターンが得られる。
本発明の感放射線性樹脂組成物からレジストパターンを形成する際には、まず、樹脂組成物溶液を、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の塗布手段によって、例えば、シリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の基板上に塗布することにより、レジスト被膜を形成し、場合により予め加熱処理(以下、「PB」という。)を行ったのち、所定のレジストパターンが形成されるように、このレジスト被膜を露光する。その際に使用される放射線としては、使用される酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線及び荷電粒子線等から適宜選定されて使用されるが、ArFエキシマレーザー(波長193nm)或いはKrFエキシマレーザー(波長248nm)で代表される遠紫外線が好ましく、特にArFエキシマレーザー(波長193nm)が好ましい。
また、露光量等の露光条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選定される。本発明の感放射線性樹脂組成物を用いる場合には、露光後に加熱処理(PEB)を行うことが好ましい。このPEBを行う場合には、樹脂成分中の酸解離性基の解離反応を円滑に進行させることができる。PEBの加熱条件は、感放射線性樹脂組成物の配合組成によって適宜調整されるが、通常30〜200℃、好ましくは50〜170℃である。
また、レジストパターンを形成する際には、本発明の感放射線性樹脂組成物の潜在能力を最大限に引き出すため、例えば、特公平6−12452号公報(特開昭59−93448号公報)等に開示されているように、使用される基板上に有機系或いは無機系の反射防止膜を形成しておくこともできる。また、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、特開平5−188598号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に保護膜を設けることもできる。更に、液浸露光においてレジスト被膜からの酸発生剤等の流出を防止するため、例えば特開2005−352384号公報等に開示されているように、レジスト被膜上に液浸用保護膜を設けることもできる。尚、これらの技術は併用することができる。
次いで、露光されたレジスト被膜を現像することにより、所定のレジストパターンが形成される。この現像に使用される現像液としては、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、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、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、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少なくとも1種を溶解したアルカリ性水溶液が好ましい。
前記アルカリ性水溶液の濃度は、通常10質量%以下である。アルカリ性水溶液の濃度が10質量%を超えると、非露光部も現像液に溶解するおそれがあり好ましくない。
また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、有機溶媒を添加することもできる。
前記有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルi−ブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、3−メチルシクロペンタノン、2,6−ジメチルシクロヘキサノン等のケトン類;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジメチロール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−アミル等のエステル類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類や、フェノール、アセトニルアセトン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。
これらの有機溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
この有機溶媒の使用量は、アルカリ性水溶液に対して、100容量%以下が好ましい。有機溶媒の使用量が100容量%を超える場合、現像性が低下して、露光部の現像残りが多くなるおそれがある。
また、前記アルカリ性水溶液からなる現像液には、界面活性剤等を適量添加することもできる。
尚、アルカリ性水溶液からなる現像液で現像したのちは、一般に、水で洗浄して乾燥する。
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、この実施例に何ら制約されるものではない。尚、実施例の記載における「部」及び「%」は、特記しない限り質量基準である。
[1](A)樹脂の合成
<合成例1>
下記化合物(M−1)34.675g(40mol%)、化合物(M−2)6.700g(10mol%)、及び化合物(M−3)45.83g(40mol%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にアゾビスイソブチロニトリル4.23gを投入した単量体溶液を準備し、下記化合物(M−4)12.80g(10mol%)及び2−ブタノン100gを投入した1000mLの三口フラスコを30分窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別する。ろ別された白色粉末を2度800gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(66.0g、収率66%)。
この共重合体は、分子量(Mw)が6800、Mw/Mnが1.35、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−3)、化合物(M−4)に由来する各繰り返し単位の含有率が、39.5:10.0:41.3:9.2(mol%)の共重合体であった。この共重合体を樹脂(A−1)とする。
Figure 0005051232
<合成例2>
下記化合物(M−1)35.22g(40mol%)、化合物(M−5)5.24g(10mol%)、及び化合物(M−3)46.53g(40mol%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にアゾビスイソブチロニトリル4.30gを投入した単量体溶液を準備し、下記化合物(M−4)13.02g(10mol%)及び2−ブタノン100gを投入した1000mLの三口フラスコを30分窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別する。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(72g、収率72%)。
この共重合体は、分子量(Mw)が6800、Mw/Mnが1.40、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−5)、化合物(M−3)、化合物(M−4)に由来する各繰り返し単位の含有率が、40.2:8.0:41.9:9.9(mol%)の共重合体であった。この共重合体を樹脂(A−2)とする。
Figure 0005051232
<合成例3>
下記化合物(M−1)28.40g(35mol%)、化合物(M−3)53.62g(50mol%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にアゾビスイソブチロニトリル3.96gを投入した単量体溶液を準備し、下記化合物(M−4)17.98g(15mol%)及び2−ブタノン100gを投入した1000mLの三口フラスコを30分窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別する。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(77g、収率77%)。
この共重合体は、分子量(Mw)が5900、Mw/Mnが1.42、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−3)、化合物(M−4)に由来する各繰り返し単位の含有率が、33.2:52.5:14.3(mol%)の共重合体であった。この共重合体を樹脂(A−3)とする。
Figure 0005051232
<合成例4>
下記化合物(M−6)55.83g(50mol%)、化合物(M−2)12.40g(20mol%)、及び化合物(M−3)31.78g(30mol%)を2−ブタノン200gに溶解し、更にアゾビスイソブチロニトリル3.90gを投入した単量体溶液を準備し、2−ブタノン100gを投入した1000mLの三口フラスコを30分窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末をろ別する。ろ別された白色粉末を2度400gのメタノールにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(84g、収率84%)。
この共重合体は、分子量(Mw)が4300、Mw/Mnが1.24、13C−NMR分析の結果、化合物(M−6)、化合物(M−2)、化合物(M−3)に由来する各繰り返し単位の含有率が、50.5:18.4:31.1(mol%)の共重合体であった。この共重合体を樹脂(A−4)とする。
Figure 0005051232
<合成例5>
下記化合物(M−1)45.22g(50mol%)、化合物(M−2)7.00g(10mol%)、及び化合物(M−3)47.79g(40mol%)を、2−ブタノン200gに溶解し、更にアゾビスイソブチロニトリル4.41gを投入した単量体溶液を準備し、2−ブタノン100gを投入した1000mLの三口フラスコを30分窒素パージする。窒素パージの後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した前記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液は水冷することにより30℃以下に冷却し、2000gのヘキサンへ投入し、析出した白色粉末をろ別する。ろ別された白色粉末を2度800gのヘキサンにてスラリー状で洗浄した後、ろ別し、50℃にて17時間乾燥し、白色粉末の共重合体を得た(72.0g、収率72%)。
この共重合体は、分子量(Mw)が6764、Mw/Mnが1.55、13C−NMR分析の結果、化合物(M−1)、化合物(M−2)、化合物(M−3)に由来する各繰り返し単位の含有率が、49.5:10.0:40.5(mol%)の共重合体であった。この共重合体を樹脂(A−5)とする。
Figure 0005051232
尚、前記各合成例における、測定及び評価は、下記の要領で行った。
<Mw及びMn>
東ソー(株)製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。また、分散度Mw/Mnは測定結果より算出した。
<13C-NMR分析>
各重合体の13C−NMR分析は、日本電子(株)製「JNM−EX270」を用い、測定した。
[2]感放射線性樹脂組成物溶液の調製
表1に示す種類の(A)樹脂、(B)酸発生剤及び(D)酸拡散制御剤を、(C)溶剤中に、表1に示す割合で溶解させた。その後、この混合溶液を孔径0.2μmのメンブランフィルターでろ過することにより、実施例1〜3及び比較例1、2の各感放射線性樹脂組成物溶液を調製した。
Figure 0005051232
ここで、表1に記載の(B)酸発生剤、(C)溶剤及び(D)酸拡散制御剤の各詳細を説明する。
<(B)酸発生剤>
B−1:4−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
B−2:1−(4−n−ブトキシナフチル)テトラヒドロチオフェニウム2−(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2’−イル)−1,1,2,2−テトラフルオロエタンスルホネート
<(C)溶剤>
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
C−2:シクロヘキサノン
C−3:ガンマブチロラクトン
<(D)酸拡散制御剤>
D−1:N−t−ブトキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン
[3]感放射線性樹脂組成物の性能評価
実施例1〜3及び比較例1〜2の各感放射線性樹脂組成物溶液を用いて、下記の性能評価を行い、その結果を表3に示した。
<感度>
ウェハ表面に膜厚850ÅのARC95(日産化学社製)膜を形成したシリコンウェハを用い、各組成物溶液を、基板上にクリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用い、スピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、表2に示す条件でPBを行って形成した膜厚0.14μmのレジスト被膜に、ニコン製ArFエキシマレーザー露光装置S306C(開口数0.78)を用い、マスクパターン(6%ハーフトーンマスクを使用)を介して露光した。その後、表2に示す条件で、クリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用いてPEBを行ったのち、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、25℃で60秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。このとき、マスクにおいて直径0.13μmのコンタクトホールパターン(1H1S)が直径0.09μmのサイズになるような露光量(マスクバイアス:40nm)を最適露光量とし、この最適露光量(mJ/cm)を感度とした。
Figure 0005051232
<解像度>
最適露光量で解像される最小のレジストパターンの寸法(直径)を解像度とした。
<放射線透過率>
組成物溶液を石英ガラス上にスピンコートにより塗布し、表2に示した温度条件に保持したホットプレート上で表2に示した条件の間PBを行って形成した膜厚0.14μmのレジスト被膜について、波長193nmにおける吸光度から、放射線透過率(%)を算出して、遠紫外線領域における透明性の尺度とした。
<EL(露光余裕度)>
ウェハ表面に膜厚850ÅのARC95(日産化学社製)膜を形成したシリコンウェハを用い、各組成物溶液を、基板上にクリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用い、スピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、表2に示す条件でPBを行って形成した膜厚0.14μmのレジスト被膜に、ニコン製ArFエキシマレーザー露光装置S306C(開口数0.78)を用い、マスクパターン(6%ハーフトーンマスクを使用)を介して、所定の露光量にて露光した。その後、表2に示す条件で、クリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用いてPEBを行ったのち、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、25℃で60秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターン〔コンタクトホールパターン(1H1S、直径0.09μm)〕を形成した。
この際、露光量を25〜35mJ/cmの範囲で、0.5mJ/cmステップで変化させた際における、コンタクトホールの大きさをプロットし、その傾きをEL(nm/mJ)とした。尚、評価基準を下記に示す。
良好;ELが、8.0nm/mJ未満
不良;ELが、8.0nm/mJ以上
<円形性>
ウェハ表面に膜厚850ÅのARC95(日産化学社製)膜を形成したシリコンウェハを用い、各組成物溶液を、基板上にクリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用い、スピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、表2に示す条件でPBを行って形成した膜厚0.14μmのレジスト被膜に、ニコン製ArFエキシマレーザー露光装置S306C(開口数0.78)を用い、マスクパターン(6%ハーフトーンマスクを使用)を介して、最適露光量にて露光した。その後、表2に示す条件で、クリーントラックACT8(東京エレクトロン製)を用いてPEBを行ったのち、2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、25℃で60秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターン〔コンタクトホールパターン(1H1S、直径0.09μm)〕を形成した。
そして、測長SEM(日立製作所社製、商品名「S−9380」)及び付属のOffline CD Measurement Software(Version 5.03)により、形成されたコンタクトホールパターンの同一ホールの直径を複数点(16箇所)測定し、20個のコンタクトホールで同様の作業を行って得られる平均の標準偏差(σ)の3倍値(3σ)を算出し、下記の基準で評価した。
良好;3σが、4.0以下である場合
不良;3σが、4.0を超える場合
<CD Uniformity>
前記円形性の評価の際と同様にして、ポジ型のレジストパターン〔コンタクトホールパターン(1H1S、直径0.09μm)〕を形成した。
そして、測長SEM(日立製作所社製、商品名「S−9380」)により、形成された異なるコンタクトホールパターンの直径を20箇所測定し、その結果から標準偏差(σ)の3倍値(3σ)を算出した。この値が10以下であれば、CD Uniformityのよいレジストであると定義し、下記の基準で評価した。
良好;3σが、10以下である場合
不良;3σが、10を超える場合
Figure 0005051232

Claims (15)

  1. (A)酸の作用によりアルカリ可溶性となる酸解離性基含有樹脂と、
    (B)感放射線性酸発生剤と、
    (C)溶剤と、を含有する感放射線性樹脂組成物であって、
    前記(A)酸解離性基含有樹脂は、下記一般式(1)で表される繰り返し単位及び下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005051232
    〔一般式(1)において、Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、Xは水素原子、ヒドロキシル基又はアシル基を示し、mは1〜18の整数である。〕
    Figure 0005051232
    〔一般式(2)において、Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、Rは炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、nは4〜8の整数である。〕
  2. 前記(A)酸解離性基含有樹脂が、更に、下記一般式(3−1)〜(3−4)で表される繰り返し単位群から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位を含む請求項1に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005051232
    〔一般式(3−1)〜(3−4)において、各Rは水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示し、各Rは炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示す。尚、Rが複数存在する場合には、それらは同一であってもよいし、異なっていてもよい。〕
  3. コンタクトホールパターンの形成に用いられる請求項1又は2に記載の感放射線性樹脂組成物。
  4. 前記一般式(1)で表される繰り返し単位におけるXが、水素原子又はヒドロキシル基である請求項1乃至3のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
  5. 前記一般式(2)で表される繰り返し単位が、下式(M−2−1)で表される化合物に由来する繰り返し単位、及び下式(M−2−2)で表される化合物に由来する繰り返し単位から選ばれる少なくとも一種である請求項1乃至4のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005051232
    〔式(M−2−1)及び式(M−2−2)において、R は水素原子又は炭素数1〜4の置換基を有してもよいアルキル基を示す。〕
  6. 前記(A)酸解離性基含有樹脂が、更に、ラクトン骨格を有する繰り返し単位を含む請求項1乃至5のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
  7. 前記ラクトン骨格を有する繰り返し単位が、下式(M−3)で表される化合物に由来する繰り返し単位である請求項6に記載の感放射線性樹脂組成物。
    Figure 0005051232
  8. 前記(A)酸解離性基含有樹脂における前記一般式(1)で表される繰り返し単位の含有率が、前記(A)酸解離性基含有樹脂に含まれる全ての繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜30モル%である請求項1乃至7のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
  9. 前記(A)酸解離性基含有樹脂における前記一般式(2)で表される繰り返し単位の含有率が、前記(A)酸解離性基含有樹脂に含まれる全ての繰り返し単位の合計を100モル%とした場合に、5〜70モル%である請求項1乃至8のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
  10. 前記(C)溶剤が、直鎖状若しくは分岐状のケトン類、環状のケトン類、プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、2−ヒドロキシプロピオン酸アルキル類、3−アルコキシプロピオン酸アルキル類、及びγ−ブチロラクトンから選ばれる少なくとも一種である請求項1乃至9のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
  11. 更に、酸拡散制御剤を含有する請求項1乃至10のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物。
  12. 前記酸拡散制御剤が窒素含有化合物である請求項11に記載の感放射線性樹脂組成物。
  13. 請求項1乃至12のいずれかに記載の感放射線性樹脂組成物を基板上に塗布してレジスト被膜を形成し、該レジスト被膜を露光し、現像することを特徴とするパターン形成方法。
  14. 露光後に、加熱処理を行う請求項13に記載のパターン形成方法。
  15. 露光方法が液浸露光であり、前記レジスト被膜上に更に液浸用保護膜を設けることを特徴とする請求項13又は14に記載のパターン形成方法。
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