JP6694451B2 - パターン形成方法及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
より詳細には、本発明は、IC等の半導体製造工程、液晶及びサーマルヘッド等の回路基板の製造、さらにはその他のフォトファブリケーションのリソグラフィー工程などに使用されるパターン形成方法、及びこのパターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法に関する。
このようなリソグラフィーにおいては、レジスト組成物により膜を形成した後、得られた膜を現像液により現像することが行われている。
例えば、特許文献1には、芳香族系繰り返し単位及び脂環式の保護基で保護された繰り返し単位を有する樹脂を含むポジ型レジスト組成物を基板上に塗布し、露光後、ネガ型現像液を用いて現像を行う、パターン形成方法が記載されている。
特許文献2には、酸不安定基で置換されてもよいナフトール基を有する繰り返し単位を含有する高分子化合物と、酸発生剤と、有機溶剤とを含むレジスト組成物を基板上に塗布し、露光後、加熱処理後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行う、パターン形成方法が記載されている。
特許文献3には、酸解離性基を含む構造単位と芳香族系繰り返し単位を有する重合体を含む感放射線性樹脂組成物を基板上に塗布し、露光後に有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行う、パターン形成方法が記載されている。
また、特許文献4には、脂環式の保護基で保護された繰り返し単位を有する重合体を含むレジスト組成物を基板上に塗布し、露光後、有機溶剤を含む現像液を用いて現像を行う、パターン形成方法が記載されている。
パターニングの微細度が向上するにつれて、形成されるパターン断面におけるアスペクト比は大きくなり、パターン膜が倒れやすくなるため、パターン膜の厚みを薄くする等の対策が必要になる。
しかしながら、パターン膜の厚みが薄くなると、充分なエッチング耐性が得られにくくなったり、また、パターンが特に孤立パターンである場合には、現像後に、パターンが意図せず除去されるなどして、期待する解像性が得られにくくなる。
更に、レジスト膜を、特に、EUVにより露光する場合には、露光が、通常、真空下で行われるため、露光部中の反応物等に由来するガスがレジスト膜から発生しやすい傾向となるが、このようなガスは、露光機を損傷する恐れもある。
そのため、薄膜でかつ超微細の孤立パターンの形成において、解像性、ドライエッチング耐性、及びアウトガス性能の全てに関して優れた性能を発現するパターン形成方法が求められている。
本発明は、特に薄膜(例えば、厚さ40nm以下)かつ超微細(例えば、線幅20nm以下)の孤立パターンの形成において、解像性、ドライエッチング耐性、及びアウトガス性能の全てに優れたパターンを形成することが可能なパターン形成方法、及び上記パターン形成方法を含む電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
〔1〕
(1)感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(但し、下記式(1)で表される基を含む構造単位を有する重合体、感放射線性発生体、及び有機溶媒を含有する感放射線性樹脂組成物、及び、下記一般式(Ab1)で表される繰り返し単位を有する樹脂(Ab)を含有する、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及び酸の作用により分解して極性基を生じる基を有する繰り返し単位と、芳香族基を有する繰り返し単位とを有する樹脂(A)、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)、及び溶剤(C)を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物であって、上記樹脂(A)が、前記芳香族基としてナフチル基、ビフェニル基、アントリル基、フルオレノン構造、アントロン構造、キサントン構造、チオキサントン構造、ビニルベンゼン構造又はジフェニルスルホン構造を有する繰り返し単位を有する樹脂であるか、又は前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、ナフタレン環、ビフェニル環、アントラセン環、フルオレノン環、アントロン環、キサントン環、チオキサントン環、ビニルベンゼン構造又はジフェニルスルホン構造を有する化合物(D)を含有するかの少なくとも一方である感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を除く)を用いて膜を形成する工程、
(2)上記膜を活性光線又は放射線で露光する工程、及び、
(3)有機溶剤を含有する現像液を用いて上記露光された膜を現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、(a)芳香環を有する繰り返し単位と、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位とを有する酸分解性樹脂(1)を含有し、
上記繰り返し単位(a)の含有量が、上記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、60mol%以上であり、
上記酸分解性樹脂(1)が、上記繰り返し単位(a)として下記一般式(I)で表される繰り返し単位を有する、パターン形成方法。
一般式(AI)において、
Xa1は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Yは酸の作用により脱離する基であり、下記一般式(Y1)で表される基を表す。
一般式(Y1):−C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
一般式(Y1)中、Rx1〜Rx3は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、Rx1〜Rx3の炭素数の合計が10以下であり、Rx1〜Rx3の2つが結合し環を形成する。上記環は、環中に、エーテル結合又はエステル結合を含んでも良い。
一般式(I)において、
R41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R42はAr4と結合して環を形成していてもよく、その場合のR42は単結合又はアルキレン基を表す。
X4は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L4は、単結合又は2価の連結基を表す。
Ar4は、(n+1)価の芳香環基を表し、R42と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
式(1)中、Rpは、水素原子または1価の有機基である。*は、結合手を示す。
一般式(Ab1)中、
R’は水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
L1は水素原子又はアルキル基を表し、L1とAr1とが連結して環を形成しても良く、その場合、L1はアルキレン基を表す。
Ar1は(p+q+1)価の芳香環基を表す。
Lは(m+1)価の連結基を表す。
S1は有機基を表す。
OR1は、酸の作用により分解してアルコール性水酸基を生じる基を表す。
S1、L及びR1が複数存在する場合、複数のS1、複数のL及び複数のR1は、それぞれ同一であっても異なっていても良く、複数のR1は互いに結合して環を形成してもよい。
mは1以上の整数を表す。
pは1以上の整数を表し、qは0以上の整数を表す。
〔2〕
上記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の炭素数の合計が8以下である、〔1〕に記載のパターン形成方法。
〔3〕
上記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の2つが結合して形成する環が5員環又は6員環である、〔1〕又は〔2〕に記載のパターン形成方法。
〔4〕
上記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の2つが結合して形成する環が、単環である、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
〔5〕
上記酸分解性樹脂(1)における繰り返し単位(a)の含有量が、上記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、70mol%以上である、〔1〕〜〔4〕の何れか一項に記載のパターン形成方法。
〔6〕
上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、更に、活性光線又は放射線により酸を発生する化合物を含む、〔1〕〜〔5〕の何れか一項に記載のパターン形成方法。
〔7〕
上記活性光線又は放射線が電子線又は極紫外線である、〔1〕〜〔6〕の何れか一項に記載のパターン形成方法。
〔8〕
上記有機溶剤がケトン系溶剤又はエステル系溶剤である、〔1〕〜〔7〕の何れか1項に記載のパターン形成方法。
〔9〕
更に、上記工程(3)の後に、(4)上記現像された膜をリンスする工程を含む、〔1〕〜〔8〕の何れか一項に記載のパターン形成方法。
〔10〕
〔1〕〜〔9〕の何れか一項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
本発明は、上記〔1〕〜〔10〕に係る発明であるが、以下、それ以外の事項(例えば、下記<1>〜<11>)についても記載している。
(1)感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて膜を形成する工程、
(2)上記膜を活性光線又は放射線で露光する工程、及び、
(3)有機溶剤を含有する現像液を用いて上記露光された膜を現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、(a)芳香環を有する繰り返し単位と、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位とを有する酸分解性樹脂(1)を含有し、
上記繰り返し単位(a)の含有量が、上記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、55mol%以上である、パターン形成方法。
Xa1は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Yは酸の作用により脱離する基であり、下記一般式(Y1)で表される基を表す。
一般式(Y1):−C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
一般式(Y1)中、Rx1〜Rx3は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、Rx1〜Rx3の炭素数の合計が10以下であり、Rx1〜Rx3の2つが結合し環を形成する。上記環は、環中に、エーテル結合又はエステル結合を含んでも良い。
<2>
上記酸分解性樹脂(1)が、上記繰り返し単位(a)として下記一般式(I)で表される繰り返し単位を有する、<1>に記載のパターン形成方法。
R41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R42はAr4と結合して環を形成していてもよく、その場合のR42は単結合又はアルキレン基を表す。
X4は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L4は、単結合又は2価の連結基を表す。
Ar4は、(n+1)価の芳香環基を表し、R42と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
<3>
上記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の炭素数の合計が8以下である、<1>又は<2>に記載のパターン形成方法。
<4>
上記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の2つが結合して形成する環が5員環又は6員環である、<1>〜<3>の何れか一項に記載のパターン形成方法。
<5>
上記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の2つが結合して形成する環が、単環である、<1>〜<4>のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
<6>
上記酸分解性樹脂(1)における繰り返し単位(a)の含有量が、上記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、70mol%以上である、<1>〜<5>の何れか一項に記載のパターン形成方法。
<7>
上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、更に、活性光線又は放射線により酸を発生する化合物を含む、<1>〜<6>の何れか一項に記載のパターン形成方法。
<8>
上記活性光線又は放射線が電子線又は極紫外線である、<1>〜<7>の何れか一項に記載のパターン形成方法。
<9>
上記有機溶剤がケトン系溶剤又はエステル系溶剤である、<1>〜<8>の何れか1項に記載のパターン形成方法。
<10>
更に、上記工程(3)の後に、(4)上記現像された膜をリンスする工程を含む、<1>〜<9>の何れか一項に記載のパターン形成方法。
<11>
<1>〜<10>の何れか一項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
本明細書における基及び原子団の表記において、置換又は無置換を明示していない場合は、置換基を有さないものと置換基を有するものの双方が含まれるものとする。例えば、置換又は無置換を明示していない「アルキル基」は、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含することとする。
本発明において「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV)、X線、電子線、イオンビーム等の粒子線等を意味する。また、本発明において「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
また、本明細書中における「露光」とは、特に断らない限り、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、X線、極紫外線(EUV)などによる露光のみならず、電子線、イオンビーム等の粒子線による描画も含まれるものとする。
本明細書では、「(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の少なくとも1種」を意味する。また、「(メタ)アクリル酸」とは、「アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも1種」を意味する。
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、樹脂の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により測定したポリスチレン換算値である。GPCは、HLC−8120(東ソー(株)製)を用い、カラムとしてTSK gel Multipore HXL−M (東ソー(株)製、7.8mmID×30.0cm)を、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた方法に準ずる事ができる。
本発明のパターン形成方法は、
(1)感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて膜を形成する工程(膜形成工程)、
(2)上記膜を活性光線又は放射線で露光する工程(露光工程)、及び、
(3)有機溶剤を含有する現像液を用いて上記露光された膜を現像する工程(現像工程)、を含むパターン形成方法であって、
上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、(a)芳香環を有する繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(a)」ともいう。)と、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(b)」ともいう。)とを有する酸分解性樹脂(1)を含有し、
上記繰り返し単位(a)の含有量が、上記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、55mol%以上である、パターン形成方法である。
Xa1は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Yは酸の作用により脱離する基であり、下記一般式(Y1)で表される基を表す。
一般式(Y1):−C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
一般式(Y1)中、Rx1〜Rx3は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、Rx1〜Rx3の炭素数の合計が10以下であり、Rx1〜Rx3の2つが結合し環を形成する。上記環は、環中に、エーテル結合又はエステル結合を含んでも良い。
これにより、解像性、ドライエッチング耐性、及びアウトガス性能の全てに優れたパターンを形成することが可能となる。
本発明のパターン形成方法によれば、先ず、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物における酸分解性樹脂が一般式(AI)で表される繰り返し単位を有している。ここで、酸の作用により脱離する基であるYは一般式(Y1)で表され、Rx1〜Rx3の炭素数の合計が10以下であり、酸の作用により脱離する基の炭素数が抑制されている。酸の作用により脱離する基を構成する炭素数が多くなると、脱離成分の量が多くなり、露光前のレジスト膜は、露光及び現像後により、縮みやすくなる(シュリンク量が大きくなる)。その結果、特に、孤立パターンの解像性や、ドライエッチング耐性が低下しやすい。また、脱離成分の量の増加に伴って、脱離成分から発生するガス(アウトガス)の量が増えるという懸念も生じる。
一方、本発明では、上記したように、酸の作用により脱離する基の炭素数が抑制されていることに伴い、上記シュリンク量が抑制される。その結果、特に薄膜(例えば、厚さ40nm以下)かつ超微細(例えば、線幅20nm以下)の孤立パターンの形成において、解像性、及び、ドライエッチング耐性が良化したものと考えられる。また、アウトガス性能も良化したものと考えられる。
また、本発明では、一般式(Y1)におけるRx1〜Rx3の2つが結合し環を形成する。Rx1〜Rx3の2つが結合し環を形成しない場合、上記環を形成する場合と比較して、レジスト膜のガラス転移点(Tg)は低下する傾向となる。これにより、露光部において光酸発生剤(PAG)から発生した酸は、未露光部に拡散しやすくなり、特に、孤立パターンの解像性が低下しやすくなる。一方、本発明においては、一般式(Y1)においてRx1〜Rx3の2つが結合し環を形成することにより、レジスト膜のガラス転移点の低下が抑制されたため、未露光部への酸の過拡散が抑制されて、特に、上記薄膜かつ超微細の孤立パターンの形成において、解像性が良化したものと考えられる。
更に、本発明では、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物における酸分解性樹脂(1)に含まれる芳香環を有する繰り返し単位の含有量が、上記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、55mol以上である。芳香環を有する繰り返し単位は、ドライエッチング耐性に寄与するが、上記繰り返し単位の含有量が55mol未満であるとドライエッチング耐性が低下する傾向となる。本発明では、上記芳香環を有する繰り返し単位の含有量が、上記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、55mol以上であるので、特に、上記薄膜かつ超微細の孤立パターンの形成において、ドライエッチング耐性が良化したものと考えられる。
膜形成工程は、感活性光線性又は感放射線樹脂性組成物を用いて膜(レジスト膜)を形成する工程であり、例えば次の方法により行うことができる。なお、感活性光線性又は感放射線樹脂組成物については後述する。
感活性光線性又は感放射線樹脂組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成するためには、後述する各成分を溶剤に溶解して感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を調製し、必要に応じてフィルター濾過した後、基板上に塗布する。フィルターとしては、ポアサイズ0.1μm以下、より好ましくは0.05μm以下、更に好ましくは0.03μm以下のポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。
例えば線幅20nm以下の1:1ラインアンドスペースパターンを解像させるためには、形成されるレジスト膜の膜厚が40nm以下であることが好ましい。膜厚が40nm以下であれば、後述する現像工程を適用した際に、パターン倒れがより起こりにくくなり、より優れた解像性能が得られる。
膜厚の範囲としてより好ましくは、15nmから40nmの範囲である。膜厚が15nm以上であれば、十分なエッチング耐性が得られる。膜厚がこの範囲にあると、エッチング耐性とより優れた解像性能とを同時に満足させることができる。
トップコート形成用組成物(上層膜形成用組成物)について説明する。
トップコート(上層膜)は、レジスト膜と混合せず、さらにレジスト膜上層に均一に塗布できることが好ましい。
トップコートについては、特に限定されず、従来公知のトップコートを、従来公知の方法によって形成でき、例えば、特開2014−059543号公報の段落0072〜0082の記載に基づいてトップコートを形成できる。
例えば、特開2013−61648号公報に記載されたような塩基性化合物を含有するトップコートをレジスト膜上に形成することが好ましい。トップコートが含み得る塩基性化合物の具体的な例は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物における塩基性化合物と同様である。
また、トップコートは、エーテル結合、チオエーテル結合、ヒドロキシル基、チオール基、カルボニル結合及びエステル結合からなる群より選択される基又は結合を少なくとも一つ含む化合物を含むことが好ましい。
疎水性樹脂に関しては、特開2013−61647号公報の<0017>〜<0023>(対応する米国公開特許公報2013/244438号の<0017>〜<0023>)、及び特開2014−56194号公報の<0016>〜<0165>の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
トップコートは、芳香環を有する繰り返し単位を含有する樹脂を含むことが好ましい。芳香環を有する繰り返し単位を含有することで、特に電子線またはEUV露光の際に、二次電子の発生効率、及び活性光線又は放射線により酸を発生する化合物からの酸発生効率が高くなり、パターン形成時に高感度化、高解像化の効果が期待できる。
ArF液浸露光に使用する場合は、ArF光への透明性の点から上記樹脂は実質的に芳香族基を有さないことが好ましい。
樹脂(XA)に含有される珪素原子の好ましい範囲は、樹脂(XA)の重量平均分子量に対して、2〜50質量%であることが好ましく、2〜30質量%であることがより好ましい。
トップコート形成用組成物は、各成分を溶剤(トップコート溶剤)に溶解し、フィルター濾過することが好ましい。フィルターとしては、ポアサイズ0.1μm以下、より好ましくは0.05μm以下、更に好ましくは0.03μm以下のポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のものが好ましい。なお、フィルターは、複数種類を直列又は並列に接続して用いてもよい。また、組成物を複数回濾過してもよく、複数回濾過する工程が循環濾過工程であっても良い。さらに、フィルター濾過の前後で、組成物に対して脱気処理などを行ってもよい。本発明のトップコート形成用組成物は、金属等の不純物を含まないことが好ましい。これら材料に含まれる金属成分の含有量としては、10ppm以下が好ましく、5ppm以下がより好ましく、1ppm以下が更に好ましく、実質的に含まないこと(測定装置の検出限界以下であること)が特に好ましい。
上記不純物としての金属等としては、例えば、Na、K、Ca、Fe、Cu、Mn、Mg、Al、Cr、Ni、Zn、Ag、Sn、Pb、Li、またはこれらの塩を挙げることができる。
なお、トップコート形成用組成物を、レジスト膜の表面に、レジスト膜を溶解せずに均一に塗布するために、トップコート形成用組成物は、レジスト膜を溶解しない溶剤を含有することが好ましい。レジスト膜を溶解しない溶剤としては、有機溶剤を含有する現像液(有機系現像液)とは異なる成分の溶剤を用いることがさらに好ましい。
トップコートを形成後、必要に応じて基板を加熱(PB)する。
トップコートの屈折率は、解像性の観点から、レジスト膜の屈折率に近いことが好ましい。
トップコートは液浸液に不溶であることが好ましく、水に不溶であることがより好ましい。
トップコートの後退接触角は、液浸液追随性の観点から、トップコートに対する液浸液の後退接触角(23℃)が50〜100度であることが好ましく、80〜100度であることがより好ましい。
液浸露光においては、露光ヘッドが高速でウエハ上をスキャンし露光パターンを形成していく動きに追随して、液浸液がウエハ上を動く必要があることから、動的な状態におけるトップコートに対する液浸液の接触角が重要になり、より良好なレジスト性能を得るためには、上記範囲の後退接触角を有することが好ましい。
ここで、トップコートの有機系現像液に対する溶解速度とは、トップコートを成膜した後に現像液に暴露した際の膜厚減少速度であり、本発明においては23℃の酢酸ブチルに浸漬させた際の速度とする。
トップコートの有機系現像液に対する溶解速度を1nm/sec以上、好ましくは10nm/sec以上とすることによって、レジスト膜を現像した後の現像欠陥発生が低減する効果がある。また、300nm/sec以下、好ましくは100nm/secとすることによって、おそらくは、液浸露光時の露光ムラが低減した影響で、レジスト膜を現像した後のパターンのラインエッジラフネスがより良好になるという効果がある。
トップコートはその他の公知の現像液、例えば、アルカリ水溶液などを用いて除去してもよい。使用できるアルカリ水溶液として具体的には、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液が挙げられる。
プリウェット溶剤は、レジスト膜に対する溶解性が小さいものであれば特に限定されないが、アルコール系溶剤、フッ素系溶剤、エーテル系溶剤、炭化水素系溶剤、エステル系溶剤の中から選ばれる一種以上の化合物を含有する上層膜用のプリウェット溶剤を用いることができる。
露光工程は、レジスト膜を露光する工程であり、例えば次の方法により行うことができる。
上記のようにして形成したレジスト膜に、所定のマスクを通して活性光線又は放射線を照射する。なお、電子ビームの照射では、マスクを介さない描画(直描)が一般的である。
活性光線又は放射線としては特に限定されないが、例えばKrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、極紫外線(EUV、Extreme Ultra Violet)、電子線(EB、Electron Beam)等であり、極紫外線又は電子線が特に好ましい。露光は液浸露光であってもよい。
本発明のパターン形成方法においては、露光後、現像を行う前にベーク(加熱)を行うことが好ましい。ベークにより露光部の反応が促進され、感度やパターン形状がより良好となる。
加熱温度は80〜150℃が好ましく、80〜140℃がより好ましく、80〜130℃が更に好ましい。
加熱時間は30〜1000秒が好ましく、60〜800秒がより好ましく、60〜600秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光・現像機に備わっている手段で行うことができ、ホットプレート等を用いて行ってもよい。
現像工程は、有機溶剤を含有する現像液を用いて露光されたレジスト膜を現像液によって現像する工程(以下、「有機系現像液を用いた現像工程」ということがある。)である。
有機系現像液に用いられる有機溶剤としては、種々の有機溶剤が広く使用されるが、たとえば、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、炭化水素系溶剤等の溶剤を用いることができる。
有機溶剤としては、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤、フッ素原子及びケイ素原子の少なくとも一方を含有する有機溶剤からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶剤であることが好ましく、炭化水素系溶剤、エステル系またはケトン系溶剤がより好ましく、エステル系溶剤またはケトン系溶剤が更に好ましい。レジスト膜への浸透抑制の観点から、炭素数5以上の炭化水素系溶剤又は炭素数5以上のケトン系溶剤系溶剤がより好ましく、炭素数7以上の炭化水素系溶剤又は炭素数7以上のケトン系溶剤系溶剤が特に好ましい。
不飽和炭化水素溶剤が有する二重結合、三重結合は複数でもよく、炭化水素鎖のどの位置に有しても良い。二重結合を有することによるcis、trans体が混合しても良い。
なお、炭化水素系溶剤は、同じ炭素数で異なる構造の化合物の混合物であってもよい。例えば、脂肪族炭化水素系溶媒としてデカンを使用した場合、同じ炭素数で異なる構造の化合物である2−メチルノナン、2,2−ジメチルオクタン、4−エチルオクタン、イソオクタン、イソデカンなどが脂肪族炭化水素系溶媒に含まれていてもよい。
また、上記同じ炭素数で異なる構造の化合物は、1種のみが含まれていてもよいし、上記のように複数種含まれていてもよい。
炭化水素系溶剤は、好ましくは、炭素数が5以上であることが好ましく、7以上であることがより好ましく、10以上であることが更に好ましい。例えば、デカン、ウンデカン、イソデカン、イソドデカン、イソウンデカン、イソヘキサデカン、イソテトラデカン、イソペンタデカンが好ましく、特に好ましくは、デカン、ウンデカンである。本発明の処理液は、デカン、ウンデカンの少なくとも1種を含むことが特に好ましい。炭素数が10以上の分岐鎖状脂肪族炭化水素系溶剤を含有することで、良好なパターン倒れ特性と良好なブリッジ特性を両立することができる。
炭化水素系溶剤の炭素数の上限値は特に限定されないが、例えば、16以下が挙げられ、14以下が好ましく、12以下がより好ましい。これにより、スピンドライ時の乾燥効率が向上し、ウエハ面内での欠陥発生を抑制できる。
また、ケトン系溶剤としては、分岐アルキル基を有するケトン系溶剤でもよい。分岐アルキル基を有するケトン系溶剤とは、分子内に分岐アルキル基とケトン基を有する溶剤であり、分岐アルキル基を有する環式脂肪族ケトン系溶剤、又は分岐アルキル基を有する非環式脂肪族ケトン系溶剤であることが好ましい。
分岐アルキル基を有する環式脂肪族ケトン系溶剤としては、例えば、2−イソプロピルシクロヘキサノン、3−イソプロピルシクロヘキサノン、4−イソプロピルシクロヘキサノン、2−イソプロピルシクロヘプタノン、3−イソプロピルシクロヘプタノン、4−イソプロピルシクロヘプタノン、2−イソプロピルシクロオクタノンが挙げられる。
分岐アルキル基を有する非環式脂肪族ケトン系溶剤としては、例えば、ジイソヘキシルケトン、メチルイソペンチルケトン、エチルイソペンチルケトン、プロピルイソペンチルケトン、ジイソペンチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルイソブチルケトン、プロピルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、エチルイソプロピルケトン、メチルイソプロピルケトンなどが挙げられ、特に好ましくは、ジイソブチルケトンである。
上記エステル系溶剤のヘテロ原子は、炭素原子および水素原子以外の原子であって、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等が挙げられる。ヘテロ原子数は、2以下が好ましい。
エステル系溶剤と炭化水素系溶剤とを組み合わせて用いる場合には、エステル系溶剤として酢酸イソアミルを用いることが好ましい。また、炭化水素系溶剤としては、レジスト膜の溶解性を調製するという観点から、飽和炭化水素溶剤(例えば、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、ウンデカン、ヘキサデカンなど)を用いることが好ましい。
ケトン系溶剤と炭化水素系溶剤とを組み合わせて用いる場合には、ケトン系溶剤として2−ヘプタノンを用いることが好ましい。また、炭化水素系溶剤としては、レジスト膜の溶解性を調製するという観点から、飽和炭化水素溶剤(例えば、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、ウンデカン、ヘキサデカンなど)を用いることが好ましい。
上記の混合溶剤を用いる場合において、炭化水素系溶剤の含有量は、レジスト膜の溶剤溶解性に依存するため、特に限定されず、適宜調製して必要量を決定すればよい。
界面活性剤としては、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が含有し得る界面活性剤と同様のものを用いることができる。
現像液が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の含有量は、現像液の全質量に対して、0.001〜5質量%であることが好ましく、より好ましくは0.005〜2質量%であり、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
また、現像を行う工程の後に、他の溶媒に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
現像時間は特に制限はなく、通常は10〜300秒であり、好ましくは20〜120秒である。
現像液の温度は0〜50℃が好ましく、15〜35℃がより好ましい。
二重現像におけるアルカリ現像液としては、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、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラペンチルアンモニウムヒドロキシド、テトラヘキシルアンモニウムヒドロキシド、テトラオクチルアンモニウムヒドロキシド、エチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ブチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、メチルトリアミルアンモニウムヒドロキシド、ジブチルジペンチルアンモニウムヒドロキシド等のテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、ジメチルビス(2−ヒドロキシエチル)アンモニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルベンジルアンモニウムヒドロキシド等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類等のアルカリ性水溶液を使用することができる。
更に、上記アルカリ性水溶液にアルコール類、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
アルカリ現像液のアルカリ濃度は、通常0.1〜20質量%である。
アルカリ現像液のpHは、通常10.0〜15.0である。
アルカリ現像液としては、特に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38質量%の水溶液が望ましい。
アルカリ現像液としては、特に限定されないが、例えば、特開2014−048500号公報の段落<0460>に記載されたアルカリ現像液が挙げられる。
アルカリ現像の後に行うリンス処理におけるリンス液としては、純水を使用し、界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。
本発明において、有機系現像液を用いた現像工程によって露光強度の弱い部分が除去されるが、更にアルカリ現像工程を行うことによって露光強度の強い部分も除去される。このように現像を複数回行う多重現像プロセスにより、中間的な露光強度の領域のみを溶解させずにパターン形成が行えるので、通常より微細なパターンを形成できる(特開2008−292975号公報<0077>と同様のメカニズム)。
本発明のパターン形成方法においては、アルカリ現像工程及び有機系現像液を用いた現像工程の順序は特に限定されないが、アルカリ現像を、有機系現像液を用いた現像工程の前に行うことがより好ましい。
有機系現像液を用いた現像工程の後には、現像された膜をリンスする工程(以下、「リンス工程」ともいう。)を含むことが好ましい。リンス工程は、現像工程の後にリンス液によってウエハおよびウエハ上の膜を洗浄(リンス)する工程である。
リンス時間には特に制限はないが、好ましくは10秒〜300秒であり、より好ましくは10秒〜180秒であり、最も好ましくは20秒〜120秒である。
リンス液の温度は0〜50℃が好ましく、15〜35℃が更に好ましい。
さらに、現像処理又はリンス処理又は超臨界流体による処理の後、パターン中に残存する溶剤を除去するために加熱処理を行うことができる。加熱温度は、良好なレジストパターンが得られる限り特に限定されるものではなく、通常40〜160℃である。加熱温度は50〜150℃が好ましく、50〜110℃が最も好ましい。加熱時間に関しては良好なレジストパターンが得られる限り特に限定されないが、通常15〜300秒であり、好ましくは、15〜180秒である。
リンス液としては、有機溶剤を含むリンス液を用いることが好ましく、有機溶剤としては、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤及びエーテル系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶剤が好ましい。
リンス液に含まれる有機溶剤が炭化水素系溶剤、エーテル系溶剤、及びケトン系溶剤から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、炭化水素系溶剤、及びエーテル系溶剤から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。
リンス液が含む有機溶剤としては、エーテル系溶剤も好適に用いることができる。
これらの有機溶剤の具体例は前述の現像液に含有される有機溶剤で説明したものと同様である。
リンス液が含む有機溶剤は1種のみでも2種以上でもよい。2種以上含む場合としては、たとえば、ウンデカンとジイソブチルケトンの混合溶剤などが挙げられる。
界面活性剤としては、後述する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に用いられる界面活性剤と同様のものを用いることができる。
リンス液が界面活性剤を含有する場合、界面活性剤の含有量は、リンス液の全質量に対して、0.001〜5質量%が好ましく、より好ましくは0.005〜2質量%であり、更に好ましくは0.01〜0.5質量%である。
リンス液を用いて洗浄する工程を有さない処理方法として、例えば、特開2015−216403号公報の<0014>〜<0086>に記載が援用でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
本発明のパターン形成方法で使用される感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、典型的にはレジスト組成物であり、好ましくは化学増幅型レジスト組成物である。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、有機溶剤を含む現像液を使用する有機溶剤現像用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物であることが好ましい。ここで、有機溶剤現像用とは、少なくとも、有機溶剤を含む現像液を用いて現像する工程に供される用途を意味する。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、ネガ型レジスト組成物であることが好ましい。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、電子線又は極紫外線露光用であることが好ましい。
以下、本発明における感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に含有される各成分について説明する。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、酸分解性樹脂(1)(以下、単に「樹脂(1)」とも言う)を含有する。
酸分解性樹脂(1)は、(a)芳香環を有する繰り返し単位と、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位とを有する。以下、各繰り返し単位について詳述する。
芳香環を有する繰り返し単位における芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、フェナントレン環などの芳香族炭化水素環(好ましくは炭素数6〜18)、及び、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾピロール環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環等のヘテロ環を含む芳香族ヘテロ環等を挙げることができる。中でも、ベンゼン環、ナフタレン環が解像性の観点で好ましく、ベンゼン環が最も好ましい。
上記芳香環は、更に、置換基を有していてもよく、置換基の具体例としては、水酸基、及び、後述の一般式(X)のR7として挙げた各基などが挙げられる。
芳香環を有する繰り返し単位としては、下記一般式(A)により表される繰り返し単位が好ましい。
R11、R12及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R12はLまたはZと結合して環を形成していてもよい。R12がLまたはZと結合する場合、R12は単結合又はアルキレン基を表し、R12がLまたはZと結合しない場合、R12は水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
Xは、単結合、−COO−、又は−CONR30−を表し、R30は、水素原子又はアルキル基を表す。
Lは、R12と結合しない場合、単結合又は2価の連結基を表す。Lは、R12と結合する場合、3価の連結基を表す。3価の連結基は、2価の連結基から任意の水素原子を除してなる基を表す。
Zは、芳香環を表し、R12と結合して環を形成しても良い。
本明細書において、フェノール性水酸基とは、芳香環の水素原子をヒドロキシ基で置換してなる基である。
R41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。R42はAr4と結合して環を形成していてもよい。R42がAr4と結合する場合、R42は単結合又はアルキレン基を表し、R42がAr4と結合しない場合、R42は水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。
X4は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L4は、それぞれ独立して単結合又は2価の連結基を表す。
Ar4は、R42と結合しない場合、(n+1)価の芳香環基を表し、R42と結合する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
一般式(I)又は(I−1)の繰り返し単位を高極性化する目的では、nが2以上の整数、またはX4が−COO−、又は−CONR64−であることも好ましい。
一般式(I)及び(I−1)におけるR41、R42、R43のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子が特に好ましい。
一般式(I)及び(I−1)におけるR41、R42、R43のアルコキシカルボニル基に含まれるアルキル基としては、上記R41、R42、R43におけるアルキル基と同様のものが好ましい。
(n+1)価の芳香環基は、更に置換基を有していてもよい。
X4により表わされる−CONR64−(R64は、水素原子、アルキル基を表す)におけるR64のアルキル基としては、好ましくは置換基を有していてもよいメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、オクチル基、ドデシル基など炭素数20以下のアルキル基が挙げられ、より好ましくは炭素数8以下のアルキル基が挙げられる。
X4としては、単結合、−COO−、−CONH−が好ましく、単結合、−COO−がより好ましい。
Ar4としては、置換基を有していてもよい炭素数6〜18の芳香環基がより好ましく、ベンゼン環基、ナフタレン環基、ビフェニレン環基が特に好ましい。
一般式(I)で表される繰り返し単位は、ヒドロキシスチレン構造を備えていることが好ましい。即ち、Ar4は、ベンゼン環基であることが好ましい。
R61、R62及びR63は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R63はArと結合して環を形成していてもよく、その場合のR63は単結合又はアルキレン基を表す。
Arは、(n+1)価の芳香環基を表し、R63と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
R7は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルコキシ基又はアシロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン原子、エステル基(−OCOR又は−COOR:Rは炭素数1〜6のアルキル基又はフッ素化アルキル基)、又はカルボキシル基を表す。
nは、0以上の整数を表す。
X4は、メチレン基、酸素原子又は硫黄原子である。
R7は、上記一般式(X)のR7と同義である。
樹脂(1)は、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位を有する。
Xa1は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Yは酸の作用により脱離する基であり、下記一般式(Y1)で表される基を表す。
一般式(Y1):−C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
一般式(Y1)中、Rx1〜Rx3は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、Rx1〜Rx3の炭素数の合計が10以下であり、Rx1〜Rx3の2つが結合し環を形成する。上記環は、環中に、エーテル結合又はエステル結合を含んでも良い。
Tの2価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、−COO−Rt−基、−O−Rt−基、又はこれらを組み合わせた基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基、シクロアルキレン基、又はアリーレン基を表す。
Tは、単結合、アリーレン基、又は−COO−Rt−基が好ましい。Rtは、炭素数6〜12のアリーレン基、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、フェニレン基、ナフチレン基、−CH2−基、−(CH2)2−基、−(CH2)3−基がより好ましい。
Tの具体例としては、例えば下記が挙げられる。
Rx1〜Rx3は、各々独立に、アルキル基(直鎖若しくは分岐)又はシクロアルキル基(単環若しくは多環)を表す。
Rx1〜Rx3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基などの炭素数1〜4のものが好ましい。
Rx1〜Rx3のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx1〜Rx3の炭素数の合計が10以下であり、好ましくは、8以下であり、更に好ましくは、7以下である。Rx1〜Rx3の炭素数の合計は、通常、5以上である。
Rx1〜Rx3の2つが結合して形成される環としては、シクロペンタン環、シクロヘキサン環などの単環の脂環、ノルボルナン環、テトラシクロデカン環、テトラシクロドデカン環、アダマンタン環などの多環の脂環が好ましい。上記環としては、5員環又は6員環であることが好ましい。また上記環としては、単環が好ましい。
上記環は、環中に、エーテル結合又はエステル結合を含んでも良い。
ここで、酸分解性基を有する繰り返し単位が樹脂に含まれると、樹脂は、酸の作用により有機溶剤に対する溶解度が減少し、アルカリ現像液に対する溶解度が増大する。
ただし、上記一般式(Y1)のRx1〜Rx3に相当する各基に関し、各基の炭素数の合計が10以下となるように、Rxa、Z、及びpは適宜調節される。
樹脂(1)は、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位に加えて、(c)一般式(AI)で表される繰り返し単位とは異なる、酸分解性基を有する繰り返し単位(以下、単に、「繰り返し単位(c)」ともいう)を有しても良い。
極性基としては、カルボキシル基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基、及び、スルホン酸基等が挙げられる。この中でも、極性基は、カルボキシル基、アルコール性水酸基、又は、フェノール性水酸基であることが好ましく、カルボキシル基、又は、フェノール性水酸基であることが更に好ましい。
一般式(Y11):−C(Rx11)(Rx12)(Rx13)
一般式(Y12):−C(=O)OC(Rx11)(Rx12)(Rx12)
一般式(Y13):−C(R36)(R37)(OR38)
一般式(Y14):−C(Rn)(H)(Ar)
より好ましくは、Rx11〜Rx13が各々独立に、直鎖又は分岐のアルキル基を表す繰り返し単位であり、さらに好ましくは、Rx11〜Rx13が各々独立に、直鎖のアルキル基を表す繰り返し単位である。
Rx11〜Rx13の2つが結合して、単環若しくは多環を形成してもよい。
Rx11〜Rx13のアルキル基としては、上記のRx1〜Rx3のアルキル基として挙げた基が挙げられる。
Rx1〜Rx3のシクロアルキル基としては、上記のRx1〜Rx3のアルキル基として挙げた基が挙げられる。
Rx11〜Rx13の2つが結合して形成されるシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。炭素数5〜6の単環のシクロアルキル基が特に好ましい。
Rx11〜Rx13の2つが結合して形成されるシクロアルキル基は、例えば、環を構成するメチレン基の1つが、酸素原子等のヘテロ原子、又は、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基で置き換わっていてもよい。
一般式(Y11)、(Y12)で表される基は、例えば、Rx11がメチル基又はエチル基であり、Rx12とRx13とが結合して上述のシクロアルキル基を形成している態様が好ましい。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、アルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいシクロアルキル基、ヘテロ原子を含んでいてもよいアリール基、アミノ基、アンモニウム基、メルカプト基、シアノ基又はアルデヒド基を表す。
L1及びL2のうち少なくとも1つは水素原子であり、少なくとも1つはアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はアルキレン基とアリール基とを組み合わせた基であることが好ましい。
Q、M、L1の少なくとも2つが結合して環(好ましくは、5員若しくは6員環)を形成してもよい。
パターン倒れ性能の向上にはL2が2級又は3級アルキル基であることが好ましく、3級アルキル基がより好ましい。2級アルキル基は、イソプロピル基、シクロヘキシル基やノルボルニル基、3級アルキル基は、tert−ブチル基やアダマンタンを挙げることができる。これらの態様では、Tgや活性化エネルギーが高くなるため、膜強度の担保に加え、かぶりの抑制ができる。
Xa1は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Yaは酸の作用により脱離する基を表す。Yaは前述の一般式(Y11)〜(Y14)のいずれかで表される基であることが好ましい。ただし、Yaが一般式(Y11)で表される基であって、Rx11、Rx12及びRx13の2つが結合して環を形成する場合、Rx11、Rx12及びRx13の炭素数の合計は11以上である。
Tの2価の連結基としては、上記一般式(AI)のTと同様のものが挙げられ、好ましい範囲も同様である。
なお、一般式(AIa)のTがアリーレンを含む場合は、一般式(AIa)は、上記(a)芳香環を有する繰り返し単位にも相当する。
R61、R62及びR63は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R62はAr6と結合して環を形成していてもよく、その場合のR62は単結合又はアルキレン基を表す。
X6は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表す。R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L6は、単結合又はアルキレン基を表す。
Ar6は、(n+1)価の芳香環基を表し、R62と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
Y2は、n≧2の場合には各々独立に、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。但し、Y2の少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。Y2としての酸の作用により脱離する基は、前述の一般式(Y11)〜(Y14)のいずれかであることが好ましい。ただし、Y2が一般式(Y12)で表される基であって、Rx11、Rx12及びRx13の2つが結合して結合して環を形成する場合、Rx11、Rx12及びRx13の炭素数の合計は11以上である。
nは1〜4の整数を表す。
Ar3は、芳香環基を表す。
Y2は、n≧2の場合には各々独立に、水素原子又は酸の作用により脱離する基を表す。但し、Y2の少なくとも1つは、酸の作用により脱離する基を表す。Y2としての酸の作用により脱離する基は、前述の一般式(Y11)〜(Y14)のいずれかで表される基であることが好ましい。ただし、Y2が一般式(Y12)で表される基であって、Rx11、Rx12及びRx13の2つが結合して結合して環を形成する場合、Rx11、Rx12及びRx13の炭素数の合計は11以上である。
nは、1〜4の整数を表す。
具体例中、Rxは、水素原子、CH3、CF3、又はCH2OHを表す。Rxa、Rxbは各々炭素数1〜4のアルキル基を表す。Zは、極性基を含む置換基を表し、複数存在する場合は各々独立である。pは0又は正の整数を表す。Zにより表される極性基を含む置換基としては、例えば、水酸基、シアノ基、アミノ基、アルキルアミド基又はスルホンアミド基を有する、直鎖又は分岐のアルキル基、シクロアルキル基が挙げられ、好ましくは、水酸基を有するアルキル基である。分岐状アルキル基としてはイソプロピル基が特に好ましい。
上記各基は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、アルキル基(炭素数1〜4)、ハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基(炭素数1〜4)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(炭素数2〜6)などが挙げられ、炭素数8以下が好ましい。
また、繰り返し単位(c)の具体例として、特開2014−232309号公報の<0227>〜<0233>、<0270>〜<0272>特開2012−208447号公報の<0123>〜<0131>に記載の具体例の内、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位に該当しないものが援用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
樹脂(1)は、ラクトン基又はスルトン(環状スルホン酸エステル)基を有する繰り返し単位を含有していてもよい。ラクトン基又はスルトン基としては、ラクトン構造又はスルトン構造を含有していればいずれの基でも用いることができるが、好ましくは5〜7員環ラクトン構造又はスルトン構造を含有する基であり、5〜7員環ラクトン構造又はスルトン構造にビシクロ構造、スピロ構造を形成する形で他の環構造が縮環しているものが好ましい。
下記一般式(LC1−1)〜(LC1−17)のいずれかで表されるラクトン構造又は下記一般式(SL1−1)〜(SL1−3)のいずれかで表されるスルトン構造を有する基を有する繰り返し単位を有することがより好ましい。また、ラクトン構造又はスルトン構造を有する基が主鎖に直接結合していてもよい。好ましいラクトン構造又はスルトン構造としては一般式(LC1−1)、(LC1−4)、(LC1−5)、(LC1−6)、(LC1−13)、(LC1−14)で表される基である。
Rb0のアルキル基が有していてもよい好ましい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子が挙げられる。
Rb0のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、沃素原子を挙げることができる。Rb0は、水素原子又はメチル基が好ましい。
Abは、単結合、アルキレン基、単環又は多環の脂環炭化水素構造を有する2価の連結基、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カルボキシル基、又はこれらを組み合わせた2価の基を表す。好ましくは、単結合、−Ab1−CO2−で表される連結基である。Ab1は、直鎖、分岐アルキレン基、単環又は多環のシクロアルキレン基であり、好ましくは、メチレン基、エチレン基、シクロヘキシレン基、アダマンチレン基、ノルボルニレン基である。
Vは、一般式(LC1−1)〜(LC1−17)及び(SL1−1)〜(SL1−3)のうちのいずれかで示される基を表す。
樹脂(1)は側鎖に珪素原子を有する繰り返し単位を有していてもよい。
側鎖に珪素原子を有する繰り返し単位は、側鎖に珪素原子を有すれば特に制限されないが、例えば、珪素原子を有する(メタ)アクリレート系繰り返し単位、珪素原子を有するビニル系繰り返し単位などが挙げられる。
珪素原子を有する繰り返し単位は、極性基が酸の作用により分解し脱離する脱離基で保護された構造(酸分解性基)を有さない繰り返し単位であることが好ましい。
シルセスキオキサン構造としては、例えば、カゴ型シルセスキオキサン構造、はしご型シルセスキオキサン構造(ラダー型シルセスキオキサン構造)、ランダム型シルセスキオキサン構造などが挙げられる。なかでも、カゴ型シルセスキオキサン構造が好ましい。
ここで、カゴ型シルセスキオキサン構造とは、カゴ状骨格を有するシルセスキオキサン構造である。カゴ型シルセスキオキサン構造は、完全カゴ型シルセスキオキサン構造であっても、不完全カゴ型シルセスキオキサン構造であってもよいが、完全カゴ型シルセスキオキサン構造であることが好ましい。
また、はしご型シルセスキオキサン構造とは、はしご状骨格を有するシルセスキオキサン構造である。
また、ランダム型シルセスキオキサン構造とは、骨格がランダムのシルセスキオキサン構造である。
上記1価の置換基は特に制限されないが、具体例としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アミノ基、メルカプト基、ブロック化メルカプト基(例えば、アシル基でブロック(保護)されたメルカプト基)、アシル基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、シリル基、ビニル基、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基、(メタ)アクリル基含有基およびエポキシ基含有基などが挙げられる。
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、ヨウ素原子などが挙げられる。
上記ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基のヘテロ原子としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子などが挙げられる。
上記ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基の炭化水素基としては、例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、またはこれらを組み合わせた基などが挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。上記脂肪族炭化水素基の具体例としては、直鎖状または分岐状のアルキル基(特に、炭素数1〜30)、直鎖状または分岐状のアルケニル基(特に、炭素数2〜30)、直鎖状または分岐状のアルキニル基(特に、炭素数2〜30)などが挙げられる。
上記芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基などの炭素数6〜18の芳香族炭化水素基などが挙げられる。
2価の連結基としては、アルキレン基、−COO−Rt−基、−O−Rt−基等が挙げられる。式中、Rtは、アルキレン基又はシクロアルキレン基を表す。
Lは、単結合又は−COO−Rt−基が好ましい。Rtは、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、−CH2−基、−(CH2)2−基、−(CH2)3−基がより好ましい。
上記式(I)中、Xは、水素原子又は有機基を表す。
有機基としては、例えば、フッ素原子、水酸基などの置換基を有していてもよいアルキル基が挙げられ、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、ヒドロキシメチル基が好ましい。
上記式(I)中、Aは、珪素原子含有基を表す。なかでも、下記式(a)または(b)で表される基が好ましい。
樹脂(1)が珪素原子を有する繰り返し単位を有する場合、珪素原子を有する繰り返し単位の含有量は、樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、1〜30モル%であることが好ましく、1〜20モル%であることがより好ましく、1〜10モル%であることが更に好ましい。
樹脂(1)は、上記した繰り返し単位以外のその他の繰り返し単位を有していてもよい。その他の繰り返し単位として、極性基を有する有機基を含有する繰り返し単位、特に、極性基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位をさらに有することができる。
これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。極性基で置換された脂環炭化水素構造としてはアダマンチル基、ジアマンチル基、ノルボルナン基が好ましい。極性基としては水酸基、シアノ基が好ましい。極性基を有する繰り返し単位の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
このような繰り返し単位としては、例えば、下記一般式(4)で表される繰り返し単位が挙げられる。
樹脂(1)の含有量は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の全固形分中50〜99.9質量%が好ましく、より好ましくは60〜99.0質量%である。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、活性光線又は放射線により酸を発生する化合物(「光酸発生剤《PAG:Photo Acid Generator》」、又は「化合物(B)」ともいう)を含有することが好ましい。
光酸発生剤は、低分子化合物の形態であっても良く、重合体の一部に組み込まれた形態であっても良い。また、低分子化合物の形態と重合体の一部に組み込まれた形態を併用しても良い。
光酸発生剤が、低分子化合物の形態である場合、分子量が3000以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましく、1000以下であることが更に好ましい。
光酸発生剤が、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、樹脂(1)の一部に組み込まれても良く、樹脂(1)とは異なる樹脂に組み込まれても良い。
パターン断面形状調整を目的に、酸発生剤が有するフッ素原子の数は適宜調整される。フッ素原子を調整することで、レジスト膜中における酸発生剤の表面偏在性の制御が可能になる。酸発生剤が有するフッ素原子が多いほど表面に偏在する。
本発明において、光酸発生剤が、低分子化合物の形態であることが好ましい。
光酸発生剤としては、公知のものであれば特に限定されないが、活性光線又は放射線、好ましくは電子線又は極紫外線の照射により、有機酸、例えば、スルホン酸、ビス(アルキルスルホニル)イミド、又はトリス(アルキルスルホニル)メチドの少なくともいずれかを発生する化合物が好ましい。
より好ましくは下記一般式(ZI)、(ZII)、(ZIII)で表される化合物を挙げることができる。
R201、R202及びR203は、各々独立に、有機基を表す。
R201、R202及びR203としての有機基の炭素数は、一般的に1〜30、好ましくは1〜20である。
また、R201〜R203のうち2つが結合して環構造を形成してもよく、環内に酸素原子、硫黄原子、エステル結合、アミド結合、カルボニル基を含んでいてもよい。R201〜R203の内の2つが結合して形成する基としては、アルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基)を挙げることができる。
Z−は、非求核性アニオン(求核反応を起こす能力が著しく低いアニオン)を表す。
また、ビス(アルキルスルホニル)イミドアニオンにおけるアルキル基は、互いに結合して環構造を形成してもよい。これにより、酸強度が増加する。
Xfは、それぞれ独立に、フッ素原子、又は少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基を表す。
R1、R2は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、又は、アルキル基を表し、複数存在する場合のR1、R2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Lは、二価の連結基を表し、複数存在する場合のLは同一でも異なっていてもよい。
Aは、環状の有機基を表す。
xは1〜20の整数を表し、yは0〜10の整数を表し、zは0〜10の整数を表す。
Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基におけるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜10であり、より好ましくは炭素数1〜4である。また、Xfのフッ素原子で置換されたアルキル基は、パーフルオロアルキル基であることが好ましい。
Xfとして好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である。Xfの具体例としては、フッ素原子、CF3、C2F5、C3F7、C4F9、CH2CF3、CH2CH2CF3、CH2C2F5、CH2CH2C2F5、CH2C3F7、CH2CH2C3F7、CH2C4F9、CH2CH2C4F9が挙げられ、中でもフッ素原子、CF3が好ましい。特に、双方のXfがフッ素原子であることが好ましい。
R1、R2としては、好ましくはフッ素原子又はCF3である。
yは0〜4が好ましく、0がより好ましい。
zは0〜5が好ましく、0〜3がより好ましい。
Lの2価の連結基としては特に限定されず、―COO−、−OCO−、−CO−、−O−、−S―、−SO―、―SO2−、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基又はこれらの複数が連結した連結基などを挙げることができ、総炭素数12以下の連結基が好ましい。このなかでも―COO−、−OCO−、−CO−、−O−が好ましく、―COO−、−OCO−がより好ましい。
脂環基としては、単環でも多環でもよく、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などの単環のシクロアルキル基、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基などの多環のシクロアルキル基が好ましい。中でも、ノルボルニル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、アダマンチル基等の炭素数7以上のかさ高い構造を有する脂環基が、露光後加熱工程での膜中拡散性を抑制でき、MEEF(mask error enhancement factor)向上の観点から好ましい。
アリール基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナンスレン環、アントラセン環が挙げられる。
複素環基としては、フラン環、チオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ピリジン環由来のものが挙げられる。中でもフラン環、チオフェン環、ピリジン環由来のものが好ましい。
R201、R202及びR203のうち、少なくとも1つがアリール基であることが好ましく、三つ全てがアリール基であることがより好ましい。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基などの他に、インドール残基、ピロール残基などのヘテロアリール基も可能である。R201〜R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖又は分岐アルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基を挙げることができる。アルキル基として、より好ましくはメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基等を挙げることができる。シクロアルキル基として、より好ましくは、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、シクロへプチル基等を挙げることができる。これらの基は更に置換基を有していてもよい。その置換基としては、ニトロ基、フッ素原子などのハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、シアノ基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜15)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜15)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜7)、アシル基(好ましくは炭素数2〜12)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは炭素数2〜7)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
SO3−CF2−CH2−OCO−A、SO3−CF2−CHF−CH2−OCO−A、SO3−CF2−COO−A、SO3−CF2−CF2−CH2−A、SO3−CF2−CH(CF3)−OCO−A
R204〜R207は、各々独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
R204〜R207のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。この置換基としても、前述の化合物(ZI)におけるR201〜R203のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基が有していてもよいものが挙げられる。
1Åは1×10−10mである。
光酸発生剤の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物中の含有量は、組成物の全固形分を基準として、0.1〜50質量%が好ましく、より好ましくは5〜50質量%、更に好ましくは8〜40質量%である。特に、電子線や極紫外線露光の際に高感度化、高解像性を両立するには光酸発生剤の含有率は高いほうが好ましく、更に好ましくは10〜40質量%、最も好ましくは10〜35質量%である。
本発明において用いられる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、溶剤(「レジスト溶剤」ともいう)を含んでいることが好ましい。溶剤には異性体(同じ原子数で異なる構造の化合物)が含まれていてもよい。また、異性体は、1種のみが含まれていてもよいし、複数種含まれていてもよい。溶剤は、(M1)プロピレングリコールモノアルキルエーテルカルボキシレートと、(M2)プロピレングリコールモノアルキルエーテル、乳酸エステル、酢酸エステル、アルコキシプロピオン酸エステル、鎖状ケトン、環状ケトン、ラクトン、及びアルキレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1つとの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。なお、この溶剤は、成分(M1)及び(M2)以外の成分を更に含んでいてもよい。
プロピレングリコールモノアルキルエーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル又はプロピレングリコールモノエチルエーテルが好ましい。
乳酸エステルとしては、乳酸エチル、乳酸ブチル、又は乳酸プロピルが好ましい。
酢酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、酢酸イソアミル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、又は酢酸3−メトキシブチルが好ましい。
酪酸ブチルも好ましい。
アルコキシプロピオン酸エステルとしては、3−メトキシプロピオン酸メチル(MMP)、又は、3−エトキシプロピオン酸エチル(EEP)が好ましい。
鎖状ケトンとしては、1−オクタノン、2−オクタノン、1−ノナノン、2−ノナノン、アセトン、4−ヘプタノン、1−ヘキサノン、2−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、又はメチルアミルケトンが好ましい。
環状ケトンとしては、メチルシクロヘキサノン、イソホロン、又はシクロヘキサノンが好ましい。
ラクトンとしては、γ−ブチロラクトンが好ましい。
アルキレンカーボネートとしては、プロピレンカーボネートが好ましい。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の固形分濃度は作成するレジスト膜の厚みを調整する目的で適宜調整できる。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、露光から加熱までの経時による性能変化を低減するために、(E)塩基性化合物を含有することが好ましい。
塩基性化合物としては、好ましくは、下記式(A)〜(E)のいすれかで示される構造を有する化合物を挙げることができる。
R203、R204、R205及びR206は、同一でも異なってもよく、炭素数1〜20個のアルキル基を表す。
これら一般式(A)及び(E)中のアルキル基は、無置換であることがより好ましい。
また、アミン化合物は、アルキル鎖中に、酸素原子を有し、オキシアルキレン基が形成されていることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、さらに好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CH2CH2O−)もしくはオキシプロピレン基(−CH(CH3)CH2O−もしくは−CH2CH2CH2O−)が好ましく、さらに好ましくはオキシエチレン基である。
アンモニウム塩化合物は、アルキル鎖中に、酸素原子を有し、オキシアルキレン基が形成されていることが好ましい。オキシアルキレン基の数は、分子内に1つ以上、好ましくは3〜9個、さらに好ましくは4〜6個である。オキシアルキレン基の中でもオキシエチレン基(−CH2CH2O−)もしくはオキシプロピレン基(−CH(CH3)CH2O−もしくは−CH2CH2CH2O−)が好ましく、さらに好ましくはオキシエチレン基である。
アンモニウム塩化合物のアニオンとしては、ハロゲン原子、スルホネート、ボレート、フォスフェート等が挙げられるが、中でもハロゲン原子、スルホネートが好ましい。ハロゲン原子としてはクロライド、ブロマイド、アイオダイドが特に好ましく、スルホネートとしては、炭素数1〜20の有機スルホネートが特に好ましい。有機スルホネートとしては、炭素数1〜20のアルキルスルホネート、アリールスルホネートが挙げられる。アルキルスルホネートのアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては例えばフッ素、塩素、臭素、アルコキシ基、アシル基、アリール基等が挙げられる。アルキルスルホネートとして、具体的にはメタンスルホネート、エタンスルホネート、ブタンスルホネート、ヘキサンスルホネート、オクタンスルホネート、ベンジルスルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、ペンタフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等が挙げられる。アリールスルホネートのアリール基としてはベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環が挙げられる。ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環は置換基を有していてもよく、置換基としては炭素数1〜6の直鎖若しくは分岐アルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基が好ましい。直鎖若しくは分岐アルキル基、シクロアルキル基として、具体的には、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル等が挙げられる。他の置換基としては炭素数1〜6のアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ、ニトロ、アシル基、アシルオキシ基等が挙げられる。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、塩基性化合物として、プロトンアクセプター性官能基を有し、かつ、活性光線又は放射線の照射により分解してプロトンアクセプター性が低下、消失、又はプロトンアクセプター性から酸性に変化した化合物を発生する化合物〔以下、化合物(PA)ともいう〕を更に含んでいてもよい。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、上記樹脂(1)とは別に樹脂(1)とは異なる疎水性樹脂を有していてもよい。
疎水性樹脂はレジスト膜の表面に偏在するように設計されることが好ましいが、界面活性剤とは異なり、必ずしも分子内に親水基を有する必要はなく、極性/非極性物質を均一に混合することに寄与しなくてもよい。
疎水性樹脂を添加することの効果として、水に対するレジスト膜表面の静的/動的な接触角の制御、アウトガスの抑制などを挙げることができる。
フッ素原子を有するアルキル基(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜4)は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖又は分岐アルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するシクロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された単環又は多環のシクロアルキル基であり、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子を有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などのアリール基の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換されたものが挙げられ、更にフッ素原子以外の置換基を有していてもよい。
フッ素原子又はケイ素原子を有する繰り返し単位の例としては、US2012/0251948A1の段落0519に例示されたものを挙げることが出来る。
ここで、疎水性樹脂中の側鎖部分が有するCH3部分構造には、エチル基、プロピル基等が有するCH3部分構造を包含するものである。
一方、疎水性樹脂の主鎖に直接結合しているメチル基(例えば、メタクリル酸構造を有する繰り返し単位のα−メチル基)は、主鎖の影響により疎水性樹脂の表面偏在化への寄与が小さいため、本発明におけるCH3部分構造に包含されないものとする。
基板上に感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を塗布する方法としては、スピン塗布が好ましく、その回転数は1000〜3000rpmが好ましい。
例えば、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を精密集積回路素子の製造に使用されるような基板(例:シリコン/二酸化シリコン被覆)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法により塗布、乾燥し、レジスト膜を形成する。なお、予め公知の反射防止膜を塗設することもできる。また、トップコート層の形成前にレジスト膜を乾燥することが好ましい。
次いで、得られたレジスト膜上に、上記レジスト膜の形成方法と同様の手段によりトップコート形成用組成物を塗布、乾燥し、トップコート層を形成することができる。
トップコート層を上層に有するレジスト膜に、通常はマスクを通して、電子線(EB)、X線又はEUVを照射し、好ましくはベーク(加熱)を行い、現像する。これにより良好なパターンを得ることができる。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、界面活性剤(F)を更に含んでいてもよい。界面活性剤を含有することにより、波長が250nm以下、特には220nm以下の露光光源を使用した場合に、良好な感度及び解像度で、密着性及び現像欠陥のより少ないパターンを形成することが可能となる。
界面活性剤としては、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤を用いることが特に好ましい。
フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤としては、例えば、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の<0276>に記載の界面活性剤が挙げられる。また、エフトップEF301若しくはEF303(新秋田化成(株)製);フロラードFC430、431若しくは4430(住友スリーエム(株)製);メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120若しくはR08(DIC(株)製);サーフロンS−382、SC101、102、103、104、105若しくは106(旭硝子(株)製);トロイゾルS−366(トロイケミカル(株)製);GF−300若しくはGF−150(東亜合成化学(株)製)、サーフロンS−393(セイミケミカル(株)製);エフトップEF121、EF122A、EF122B、RF122C、EF125M、EF135M、EF351、EF352、EF801、EF802若しくはEF601((株)ジェムコ製);PF636、PF656、PF6320若しくはPF6520(OMNOVA社製);又は、FTX−204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D若しくは222D((株)ネオス製)を用いてもよい。なお、ポリシロキサンポリマーKP−341(信越化学工業(株)製)も、シリコン系界面活性剤として用いることができる。
また、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の<0280>に記載されているフッ素系及び/又はシリコン系以外の界面活性剤を使用してもよい。
感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物は、溶解阻止化合物、染料、可塑剤、光増感剤、光吸収剤、及び/又は現像液に対する溶解性を促進させる化合物(例えば、分子量1000以下のフェノール化合物、又はカルボキシ基を含んだ脂環族若しくは脂肪族化合物)を更に含んでいてもよい。
各種材料から金属等の不純物を除去する方法としては、例えば、フィルターを用いた濾過や、蒸留による精製工程(特に薄膜蒸留、分子蒸留等)を挙げることができる。蒸留による精製工程は例えば、「<工場操作シリーズ>増補・蒸留、1992年7月31日発行、化学工業社」や「化学工学ハンドブック、2004年9月30日発行、朝倉書店、95頁〜102頁」が挙げられる。フィルター孔径としては、ポアサイズ10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましく、3nm以下が更に好ましい。フィルターの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、ナイロン製のフィルターが好ましい。フィルターは、これらの材質とイオン交換メディアを組み合わせた複合材料であってもよい。フィルターは、有機溶剤であらかじめ洗浄したものを用いてもよい。フィルター濾過工程では、複数種類のフィルターを直列又は並列に接続して用いてもよい。複数種類のフィルターを使用する場合は、孔径及び/又は材質が異なるフィルターを組み合わせて使用しても良い。また、各種材料を複数回濾過してもよく、複数回濾過する工程が循環濾過工程であっても良い。
また、各種材料に含まれる金属等の不純物を低減する方法としては、各種材料を構成する原料として金属含有量が少ない原料を選択する、各種材料を構成する原料に対してフィルター濾過を行う、装置内をテフロン(登録商標)でライニングする等してコンタミネーションを可能な限り抑制した条件下で蒸留を行う等の方法を挙げることができる。各種材料を構成する原料に対して行うフィルター濾過における好ましい条件は、上記した条件と同様である。
フィルター濾過の他、吸着材による不純物の除去を行っても良く、フィルター濾過と吸着材を組み合わせて使用しても良い。吸着材としては、公知の吸着材を用いることができ、例えば、シリカゲル、ゼオライトなどの無機系吸着材、活性炭などの有機系吸着材を使用することができる。
現像液及びリンス液に使用し得る有機溶剤(「有機系処理液」ともいう)としては、収容部を有する、化学増幅型又は非化学増幅型レジスト膜のパターニング用有機系処理液の収容容器に保存されたものを使用することが好ましい。この収容容器としては、例えば、収容部の、有機系処理液に接触する内壁が、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及び、ポリエチレン−ポリプロピレン樹脂のいずれとも異なる樹脂、又は、防錆・金属溶出防止処理が施された金属から形成された、レジスト膜のパターニング用有機系処理液の収容容器であることが好ましい。この収容容器の上記収容部に、レジスト膜のパターニング用有機系処理液として使用される予定の有機溶剤を収容し、レジスト膜のパターニング時において、上記収容部から排出したものを使用することができる。
・JFE社製 鋼製ドラム缶(接液内面;燐酸亜鉛皮膜)
配管に通す溶剤としては、レジストを溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば上述した有機溶剤が挙げられ、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)、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ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、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、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、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プロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−ヘプタノン、乳酸エチル、1−プロパノール、アセトン、等を用いることができる。中でも好ましくは、PGMEA,PGME,シクロヘキサノンを用いることができる。
レジスト組成物中の樹脂(1)としては、以下のものを用いた。
〔樹脂(A−3)の合成〕
まず、モノマー(a1)を合成し、合成したモノマー(a1)を用いて樹脂(A−3)を合成した。以下に詳細に説明する。
4−ビニル安息香酸30gをトルエン220mLに懸濁し、N,N−ジメチルホルムアミド1mLを加えた後、窒素気流下、二塩化オキサリル38.7gを滴下した。室温で2時間攪拌した後、50℃で2時間攪拌した。室温まで放冷後、反応液に2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール15mgを加え、溶媒と過剰の二塩化オキサリルを、減圧下50℃で加熱することにより留去し、淡黄色液体37gを得た。1H−NMRより、中間体(a1−1)が90.7%で、残りの9.3%はトルエンであった。この中間体(a1−1)は、これ以上精製することなく、次の反応に用いた。
1H−NMR(Acetone―d6:ppm)δ:8.11(d、2H)、7.73(d、2H)、6.90(dd、1H)、6.10(d、1H)、5.53(d、1H)
1−メチルシクロペンタノール7.6gとテトラヒドロフラン130mLを混合し、窒素雰囲気下、−78℃に冷却した。n−ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液)46mLを滴下し、−78℃で1時間攪拌した後、−10℃でさらに1時間攪拌した。−10℃に冷却した反応液に、中間体a1−1(純度90.7%)13.8gとテトラヒドロフラン30mLを混合した溶液を、過度に発熱しないよう注意深く滴下した。室温で2時間攪拌した後、n−ヘキサン300mLと蒸留水300mLを加え、分液操作を行った。有機層を炭酸水素ナトリウム飽和水溶液と蒸留水で洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水した後にこれをろ別して、有機層の溶媒を減圧留去した。残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:酢酸エチル/n−ヘキサン=3/97)で精製し、モノマー(a1)13gを得た。
1H−NMR(Acetone―d6:ppm)δ:7.94(d、2H)、7.57(d、2H)、6.84(dd、1H)、5.95(d、1H)、5.38(d、1H)、2.28(m、2H)、1.85−1.68(m、6H)、1.67(s、3H)
1H−NMR(DMSO―d6:ppm)δ:9.38−8.84、8.16−7.35、7.33−6.04、2.58−1.02(ピークはいずれもブロード)
用いるモノマーを変更した以外は、上記とほぼ同様の方法で、下記表1〜表5に示す構造を有する樹脂(A−1)、(A−2)、(A−4)〜(A−19)、(R−1)〜(R−5)を合成した。
下記表1〜表5において、樹脂の組成比(モル比)は、1H−NMR(核磁気共鳴)または13C−NMR測定により算出した。樹脂の重量平均分子量(Mw:ポリスチレン換算)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(溶媒:THF)測定により算出した。
疎水性樹脂としては、以下のものを用いた。
光酸発生剤としては、以下のものを用いた。
塩基性化合物としては、以下のものを用いた。
レジスト溶剤としては、以下のものを用いた。
C1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
C2:プロピレングリコールモノメチルエーテル
C3:乳酸エチル
C4:シクロヘキサノン
C5:アニソール
下記表7に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させた。これを0.03μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターを用いてろ過して、レジスト組成物を得た。
下記表8に示す各成分を、同表に示す溶剤に溶解させた。これを0.03μmのポアサイズを有するポリエチレンフィルターを用いてろ過して、トップコート形成用組成物を得た。なお、下記表において「MIBC」はメチルイソブチルカルビノールを表す。
樹脂V−1〜V−4及び1bの組成比、重量平均分子量及び分散度は、下記表9に示す。
表7に記載のレジスト組成物を用いて、以下の操作によりレジストパターンを形成した。
12インチシリコンウエハ上に、有機膜形成用組成物であるDUV44(Brewer Science社製)を塗布し、200℃で60秒間ベークして、膜厚60nmの有機膜を形成した。形成した有機膜の上に、各レジスト組成物を塗布し、120℃の条件で60秒間ベークし、膜厚40nmのレジスト膜を形成した。ここで、1インチは、0.0254mである。
試料21E、25E〜30Eについては、上記表8に示すトップコート形成用組成物を、上記ベーク後のレジスト膜上に塗布し、その後、下記表12に記載のPB温度(単位:℃)で60秒間に亘ってベークを行い、膜厚40nmの上層膜(トップコート)を形成した。
<孤立パターン評価>
上記で作製したウエハに、NA(レンズ開口数、Numerical Aperture)0.25、ダイポール照明(Dipole 60x、アウターシグマ0.81、インナーシグマ0.43)でEUV露光を行った。具体的には、露光マスク(ライン幅/スペース幅=1/5)を使用して、線幅20nmの孤立ラインパターンを形成する為、露光量を変えてEUV露光を行った。
照射後、EUV露光装置から取り出したら、ただちに、下記表12に記載の温度で60秒間ベーク(PEB)した。
その後、シャワー型現像装置(ACTES(株)製ADE3000S)を用いて、50回転(rpm)でウエハを回転しながら、現像液(23℃)を、200mL/分の流量で30秒間スプレー吐出することで、現像を行った。なお、現像液としては、下記表10に記載の現像液を用いた。下記表12に、各例で用いた現像液を併せて示す。
その後、50回転(rpm)でウエハを回転しながら、リンス液(23℃)を、200mL/分の流量で15秒間スプレー吐出することで、リンス処理を行った。
最後に、2500回転(rpm)で60秒間高速回転してウエハを乾燥させた。なお、リンス液としては、下記表11に記載のリンス液を用いた。下記表12に、各例で用いたリンス液を併せて示す。
以下の項目について評価を行った。結果の詳細は、下記表12に示す。
異なる露光量にて露光したラインパターンの解像状況を、走査型電子顕微鏡((株)日立製作所製S−9380II)を用いて倍率200kで観察し、観察した一視野内にてパターン倒れが起こっていない最小のライン幅(単位:nm)を求め、パターン倒れの指標とした。この数値が小さいほど、パターン倒れ性能が良好であること(すなわち、パターン倒れの発生が抑制されていること)を示す。
上記とほぼ同様の方法で作製したレジスト膜の初期膜厚(FT1(単位:Å))を測定した。次いで、ドライエッチャー(日立ハイテクノロジー社製、U−621)を用いて、CF4ガスを供給しながら、20秒間エッチングを行った。その後、エッチング後に得られたレジスト膜の膜厚(FT2(単位:Å))を測定した。そして、次式で定義されるドライエッチング速度(DE(単位:Å/sec))を算出した。
[DE(Å/sec)]=(FT1−FT2)/20
以下の基準に従いDEの優劣を評価した。DEの値が小さいほど、エッチングによる膜厚変化が小さいこと(すなわち、エッチング耐性に優れること)を表す。実用上、「A」または「B」であることが好ましい。
「A」・・・ドライエッチング速度 20Å/sec未満
「B」・・・ドライエッチング速度 20Å/sec以上25Å/sec未満
「C」・・・ドライエッチング速度 25Å/sec以上
真空露光下での揮発アウトガス量を膜厚減少率として定量した。
より詳細には、上記のパターン作製時の2.0倍の照射量で露光し、露光後且つPEB前の膜厚を、光干渉式膜厚測定計(大日本スクリーン社製、VM−8200)を用いて測定し、以下の式を用いて、未露光時の膜厚からの変動率を求めた。変動率の値が小さいほど、アウトガス量が少ないことを表し、性能良好であると言える。実用上、「A」または「B」であることが好ましい。
膜厚変動率(%)=[(未露光時の膜厚−露光後の膜厚)/未露光時の膜厚]×100
「A」・・・膜厚変動率 5%未満
「B」・・・膜厚変動率 5%以上10%未満
「C」・・・膜厚変動率 10%以上
これに対して、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−1)を含有する組成物NR1を使用した試料1ER、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−2)を含有する組成物NR2を使用した試料2ER、及び(a)繰り返し単位の含有量が、樹脂(1)の全繰り返し単位に対して55mol%未満で、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−3)を含有する組成物NR3を使用した試料3ERは、パターン倒れ性能及びエッチング耐性が不十分であった。また、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−4)を使用した試料4ERは、パターン倒れ性能が不十分であった。
更に、(a)繰り返し単位の含有量が、樹脂(1)の全繰り返し単位に対して55mol%未満で、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を含む樹脂(R−5)を使用した試料5ERは、エッチング耐性が不十分であった。
なお、試料6E、試料10E、試料14E、試料15Eは参考例に読み替えるものとする。
表7に記載のレジスト組成物を用いて、以下の操作によりレジストパターンを形成した。
6インチシリコンウエハ上に、有機膜形成用組成物であるDUV44(Brewer Science社製)を塗布し、200℃で60秒間ベークして、膜厚60nmの有機膜を形成した。その上に各レジスト組成物を塗布し、120℃の条件で60秒間ベークし、膜厚40nmのレジスト膜を形成した。
<孤立ラインパターン評価>
上記で作製したウエハに、電子線照射装置((株)JEOL製 JBX6000FS/E;加速電圧50keV)を用いて、ライン幅/スペース幅=1:100で線幅20nmの孤立ラインが形成されるように描画を行った。
照射後、電子線照射装置から取り出したら、ただちに、下記表13に記載の温度で60秒の条件でホットプレート上にて加熱した。
シャワー型現像装置(ACTES(株)製ADE3000S)を用いて、50回転(rpm)でウエハを回転しながら、現像液(23℃)を、200mL/分の流量で、30秒間スプレー吐出することで、現像を行った。
その後、50回転(rpm)でウエハを回転しながら、リンス液(23℃)を、200mL/分の流量で、15秒間スプレー吐出することで、リンス処理を行った。
最後に、2500回転(rpm)で60秒間高速回転してウエハを乾燥させた。
上述した「EUV露光評価」と同様の項目について、走査型電子顕微鏡として「S−9220」((株)日立製作所製)を用いた以外は、これと同様の方法でレジストパターンの評価を行った。また、エッチング耐性及びアウトガス性能についても、上述した「EUV露光評価」とほぼ同様の方法で評価を行った。結果の詳細は、下記表13に示す。
これに対して、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−1)を含有する組成物NR1を使用した試料1BR、及び、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−2)を含有する組成物NR2を使用した試料2BR、及び(a)繰り返し単位の含有量が、樹脂(1)の全繰り返し単位に対して55mol%未満で、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−3)を含有する組成物NR3を使用した試料3BRは、パターン倒れ性能及びエッチング耐性が不十分であった。また、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を欠く樹脂(R−4)を使用した試料4BRは、パターン倒れ性能が不十分であった。
更に、(a)繰り返し単位の含有量が、樹脂(1)の全繰り返し単位に対して55mol%未満で、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位を含む樹脂(R−5)を使用した試料5BRは、エッチング耐性が不十分であった。
なお、表13に示すEB露光評価においても、EUV露光評価(表12)と同様の傾向が見られた。
レジスト組成物はKrF露光によっても同様の効果が得られた。
なお、試料10B〜試料11B、試料14B、試料20B〜試料22Bは参考例に読み替えるものとする。
Claims (10)
- (1)感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(但し、下記式(1)で表される基を含む構造単位を有する重合体、感放射線性発生体、及び有機溶媒を含有する感放射線性樹脂組成物、及び、下記一般式(Ab1)で表される繰り返し単位を有する樹脂(Ab)を含有する、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、及び酸の作用により分解して極性基を生じる基を有する繰り返し単位と、芳香族基を有する繰り返し単位とを有する樹脂(A)、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物(B)、及び溶剤(C)を含有する感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物であって、上記樹脂(A)が、前記芳香族基としてナフチル基、ビフェニル基、アントリル基、フルオレノン構造、アントロン構造、キサントン構造、チオキサントン構造、ビニルベンゼン構造又はジフェニルスルホン構造を有する繰り返し単位を有する樹脂であるか、又は前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、ナフタレン環、ビフェニル環、アントラセン環、フルオレノン環、アントロン環、キサントン環、チオキサントン環、ビニルベンゼン構造又はジフェニルスルホン構造を有する化合物(D)を含有するかの少なくとも一方である感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を除く)を用いて膜を形成する工程、
(2)前記膜を活性光線又は放射線で露光する工程、及び、
(3)有機溶剤を含有する現像液を用いて前記露光された膜を現像する工程、
を含むパターン形成方法であって、
前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、(a)芳香環を有する繰り返し単位と、(b)一般式(AI)で表される繰り返し単位とを有する酸分解性樹脂(1)を含有し、
前記繰り返し単位(a)の含有量が、前記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、60mol%以上であり、
前記酸分解性樹脂(1)が、前記繰り返し単位(a)として下記一般式(I)で表される繰り返し単位を有する、パターン形成方法。
一般式(AI)において、
Xa1は、水素原子、又はアルキル基を表す。
Tは、単結合又は2価の連結基を表す。
Yは酸の作用により脱離する基であり、下記一般式(Y1)で表される基を表す。
一般式(Y1):−C(Rx1)(Rx2)(Rx3)
一般式(Y1)中、Rx1〜Rx3は、各々独立に、アルキル基又はシクロアルキル基を表し、Rx1〜Rx3の炭素数の合計が10以下であり、Rx1〜Rx3の2つが結合し環を形成する。前記環は、環中に、エーテル結合又はエステル結合を含んでも良い。
一般式(I)において、
R41、R42及びR43は、各々独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基又はアルコキシカルボニル基を表す。但し、R42はAr4と結合して環を形成していてもよく、その場合のR42は単結合又はアルキレン基を表す。
X4は、単結合、−COO−、又は−CONR64−を表し、R64は、水素原子又はアルキル基を表す。
L4は、単結合又は2価の連結基を表す。
Ar4は、(n+1)価の芳香環基を表し、R42と結合して環を形成する場合には(n+2)価の芳香環基を表す。
nは、1〜5の整数を表す。
式(1)中、Rpは、水素原子または1価の有機基である。*は、結合手を示す。
一般式(Ab1)中、
R’は水素原子、アルキル基又はハロゲン原子を表す。
L1は水素原子又はアルキル基を表し、L1とAr1とが連結して環を形成しても良く、その場合、L1はアルキレン基を表す。
Ar1は(p+q+1)価の芳香環基を表す。
Lは(m+1)価の連結基を表す。
S1は有機基を表す。
OR1は、酸の作用により分解してアルコール性水酸基を生じる基を表す。
S1、L及びR1が複数存在する場合、複数のS1、複数のL及び複数のR1は、それぞれ同一であっても異なっていても良く、複数のR1は互いに結合して環を形成してもよい。
mは1以上の整数を表す。
pは1以上の整数を表し、qは0以上の整数を表す。 - 前記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の炭素数の合計が8以下である、請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の2つが結合して形成する環が5員環又は6員環である、請求項1又は2に記載のパターン形成方法。
- 前記繰り返し単位(b)における一般式(Y1)のRx1〜Rx3の2つが結合して形成する環が、単環である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
- 前記酸分解性樹脂(1)における繰り返し単位(a)の含有量が、前記酸分解性樹脂(1)の全繰り返し単位に対して、70mol%以上である、請求項1〜4の何れか一項に記載のパターン形成方法。
- 前記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物が、更に、活性光線又は放射線により酸を発生する化合物を含む、請求項1〜5の何れか一項に記載のパターン形成方法。
- 前記活性光線又は放射線が電子線又は極紫外線である、請求項1〜6の何れか一項に記載のパターン形成方法。
- 前記有機溶剤がケトン系溶剤又はエステル系溶剤である、請求項1〜7の何れか1項に記載のパターン形成方法。
- 更に、前記工程(3)の後に、(4)前記現像された膜をリンスする工程を含む、請求項1〜8の何れか一項に記載のパターン形成方法。
- 請求項1〜9の何れか一項に記載のパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法。
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