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JP7357062B2 - 感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法、化合物、樹脂 - Google Patents
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感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法、化合物、樹脂 Download PDF

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Description

本発明は、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法、化合物、及び樹脂に関する。
KrFエキシマレーザー(248nm)用レジスト以降、光吸収による感度低下を補うべく、化学増幅を利用したパターン形成方法が用いられている。例えば、ポジ型の化学増幅法では、まず、露光部に含まれる光酸発生剤が、光照射により分解して酸を発生する。そして、露光後のベーク(PEB:Post Exposure Bake)過程等において、発生した酸の触媒作用により、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に含まれる樹脂が有するアルカリ不溶性の基をアルカリ可溶性の基に変化させる等して現像液に対する溶解性を変化させる。その後、例えば塩基性水溶液を用いて、現像を行う。これにより、露光部を除去して、所望のパターンを得る。
半導体素子の微細化のために、露光光源の短波長化及び投影レンズの高開口数(高NA)化が進み、現在では、193nmの波長を有するArFエキシマレーザーを光源とする露光機が開発されている。
このような現状のもと、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として、種々の構成が提案されている。
例えば、特許文献1では、レジスト組成物に使用する成分として、下記一般式(I)で表される塩を含む酸発生剤が開示されている。なお、以下において、このような酸発生剤を「低分子型酸発生剤」ともいう。
特開2019-14704号公報
従来の通常のレジスト組成物において、光酸発生剤及び酸拡散制御剤が、それぞれ単独の化合物としてのみ組成物に添加されると、光酸発生剤同士、又は酸拡散制御剤同士で凝集しやすい。そのため、従来の通常のレジスト組成物では、形成されたレジスト膜中に、光酸発生剤の濃度が高い(又は低い。)部分、及び酸拡散制御剤の濃度が高い(又は低い。)部分が存在して、光酸発生剤と酸拡散制御剤との濃度分布の不均一が生じやすい。その結果、レジスト膜が露光された際に、レジスト膜中で生じる酸の量及び拡散にもムラが生じ、現像後に得られるパターンの幅のバラつきの原因となる。
これに対して、従来技術(例えば特許文献1)に開示される低分子型酸発生剤によれば、光酸発生剤に該当する部位と酸拡散制御剤に相当する部位との両方を一分子中に含むため、レジスト膜中で、上記部位のそれぞれの存在比率を一定にし易い特徴がある。
本発明者らは、特許文献1に記載されたレジスト組成物について検討したところ、上記レジスト組成物を用いて形成されるパターンのパターン線幅の揺らぎ(LWR(line width roughness))を更に改善する余地があることを知見した。
そこで、本発明は、LWR性能に優れるパターンを形成できる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供することを課題とする。
また、本発明は、LWR性能に優れるパターンを形成できる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に使用される樹脂並びにその単量体である化合物を提供することも課題とする。
また、本発明は、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いたレジスト膜及びパターン形成方法、並びに上記パターン形成方法を用いた電子デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を解決できることを見出した。
〔1〕 下記化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂Xを含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
(化合物)
アニオン部位とカチオン部位とからなる構造部位を2つ以上と、重合性基と、を含む化合物であり、
活性光線又は放射線の照射によって、上記2つ以上の構造部位中の上記アニオン部位に由来する酸性部位を含む酸を発生する、化合物。
〔2〕 上記化合物において、上記アニオン部位のうち、2つ以上のアニオン部位の構造が互いに異なる、〔1〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔3〕 上記化合物が後述する化合物(I)である、〔1〕又は〔2〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔4〕 上記樹脂Xが、更に、酸分解性基を有する繰り返し単位を含む、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔5〕 下記樹脂Yを含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
(樹脂Y)
酸分解性基と、
第1のアニオン部位と第1のカチオン部位とからなる第1の構造部位を有する基と、
第2のアニオン部位と第2のカチオン部位とからなる第2の構造部位を有する基と、を含む樹脂であり、
上記第1の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第1のアニオン部位に由来する第1の酸性部位を形成し、
上記第2の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第2のアニオン部位に由来する第2の酸性部位を形成し、
上記第2の酸性部位は、上記第1の酸性部位とは異なる構造であり、且つ、その酸解離定数は、上記第1の酸性部位の酸解離定数よりも大きい、樹脂。
〔6〕 上記樹脂Yが、
上記酸分解性基を含む繰り返し単位と、
上記第1の構造部位を有する基と上記第2の構造部位を有する基とを含む繰り返し単位と、を含む、〔5〕に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
〔7〕 〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成された、レジスト膜。
〔8〕 〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程と、
上記レジスト膜を露光する工程と、
上記露光されたレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程と、を有する、パターン形成方法。
〔9〕 〔8〕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。
〔10〕 アニオン部位とカチオン部位とからなる構造部位を2つ以上と、重合性基と、を含む化合物であり、
活性光線又は放射線の照射によって、上記2つ以上の構造部位中の上記アニオン部位に由来する酸性部位を含む酸を発生する、化合物。
〔11〕 上記アニオン部位のうち、2つ以上のアニオン部位の構造が互いに異なる、〔10〕に記載の化合物。
〔12〕 後述する化合物(I)である、〔10〕又は〔11〕に記載の化合物。
〔13〕 〔10〕~〔12〕のいずれかに記載の化合物に由来する繰り返し単位を含む、樹脂。
〔14〕 更に、酸分解性基を有する繰り返し単位を含む、〔13〕に記載の樹脂。
〔15〕 酸分解性基と、
第1のアニオン部位と第1のカチオン部位とからなる第1の構造部位を有する基と、
第2のアニオン部位と第2のカチオン部位とからなる第2の構造部位を有する基と、を含む樹脂であり、
上記第1の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第1のアニオン部位に由来する第1の酸性部位を形成し、
上記第2の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第2のアニオン部位に由来する第2の酸性部位を形成し、
上記第2の酸性部位は、上記第1の酸性部位とは異なる構造であり、且つ、その酸解離定数は、上記第1の酸性部位の酸解離定数よりも大きい、樹脂。
〔16〕 上記酸分解性基を含む繰り返し単位と、
上記第1の構造部位を有する基と上記第2の構造部位を有する基とを含む繰り返し単位と、を含む、〔15〕に記載の樹脂。
本発明によれば、LWR性能に優れるパターンを形成できる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を提供できる。
また、本発明によれば、LWR性能に優れるパターンを形成できる感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物に使用される樹脂並びにその単量体である化合物を提供できる。
また、本発明によれば、上記感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いたレジスト膜及びパターン形成方法、並びに上記パターン形成方法を用いた電子デバイスの製造方法を提供できる。
以下、本発明に係る感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、レジスト膜、パターン形成方法、電子デバイスの製造方法、化合物、及び樹脂について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされる場合があるが、本発明はそのような実施態様に限定されない。
本明細書中における基(原子団)の表記について、本発明の趣旨に反しない限り、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さない基と共に置換基を有する基をも包含する。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含する。また、本明細書中における「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。
置換基は、特に断らない限り、1価の置換基が好ましい。
本明細書中における「活性光線」又は「放射線」とは、例えば、水銀灯の輝線スペクトル、エキシマレーザーに代表される遠紫外線、極紫外線(EUV光: Extreme Ultraviolet)、X線、及び電子線(EB:Electron Beam)等を意味する。本明細書中における「光」とは、活性光線又は放射線を意味する。
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、極紫外線、X線、及びEUV光等による露光のみならず、電子線、及びイオンビーム等の粒子線による描画も含む。
本明細書において、「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において表記される二価の基の結合方向は、特に断らない限り制限されない。例えば、「X-Y-Z」なる一般式で表される化合物中の、Yが-COO-である場合、Yは、-CO-O-であってもよく、-O-CO-であってもよい。また、上記化合物は「X-CO-O-Z」であってもよく「X-O-CO-Z」であってもよい。
本明細書において、(メタ)アクリレートはアクリレート及びメタクリレートを表し、(メタ)アクリルはアクリル及びメタクリルを表す。
本明細書において、樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、及び分散度(分子量分布ともいう)(Mw/Mn)は、GPC(Gel Permeation Chromatography)装置(東ソー社製HLC-8120GPC)によるGPC測定(溶媒:テトラヒドロフラン、流量(サンプル注入量):10μL、カラム:東ソー社製TSK gel Multipore HXL-M、カラム温度:40℃、流速:1.0mL/分、検出器:示差屈折率検出器(Refractive Index Detector))によるポリスチレン換算値として定義される。
本明細書において酸解離定数(pKa)とは、水溶液中でのpKaを表し、具体的には、下記ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を、計算により求められる値である。本明細書中に記載したpKaの値は、全て、このソフトウェアパッケージを用いて計算により求めた値を示す。
ソフトウェアパッケージ1: Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V8.14 for Solaris (1994-2007 ACD/Labs)。
一方で、pKaは、分子軌道計算法によっても求められる。この具体的な方法としては、熱力学サイクルに基づいて、水溶液中におけるH解離自由エネルギーを計算することで算出する手法が挙げられる。H解離自由エネルギーの計算方法については、例えばDFT(密度汎関数法)により計算することができるが、他にも様々な手法が文献等で報告されており、これに制限されるものではない。なお、DFTを実施できるソフトウェアは複数存在するが、例えば、Gaussian16が挙げられる。
本明細書中のpKaとは、上述した通り、ソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を計算により求められる値を指すが、この手法によりpKaが算出できない場合には、DFT(密度汎関数法)に基づいてGaussian16により得られる値を採用するものとする。
また、本明細書中のpKaは、上述した通り「水溶液中でのpKa」を指すが、水溶液中でのpKaが算出できない場合には、「ジメチルスルホキシド(DMSO)溶液中でのpKa」を採用するものとする。
本明細書において、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、及びヨウ素原子が挙げられる。
以下においては、本発明の化合物及び樹脂について説明した後、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物、パターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法について説明する。
[化合物]
本発明の化合物(以下「特定化合物」ともいう。)は、アニオン部位とカチオン部位とからなる構造部位を2つ以上と、重合性基と、を含む化合物であり、
活性光線又は放射線の照射によって、上記2つ以上の構造部位中の上記アニオン部位に由来する酸性部位を含む酸を発生する。
上記特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂X(以下「特定樹脂X」ともいう。
)を含む感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下「レジスト組成物」ともいう。)は、LWR性能に優れるパターンを形成できる。その作用機序は必ずしも明確ではないが、本発明者らは以下のように推測している。
今般の本発明者らの検討により、従来技術(例えば特許文献1)に開示される低分子型酸発生剤は組成物中で凝集しやすく、この凝集に起因して、レジスト膜中において光酸発生剤に該当する部位と酸拡散制御剤に相当する部位の存在比率の均一性が低下し、形成されるパターンのLWR性能が所望の要求を満足しない場合があることを知見している。
これに対して、上記特定樹脂Xは、アニオン部位とカチオン部位とからなる構造部位を2つ以上有する。このため、構造部位の少なくとも1つを光酸発生剤に相当する機能を有する構造部位Xとし、構造部位の少なくとも1つを酸拡散制御剤に相当する機能を有する構造部位Yとした場合、光酸発生剤に相当する構造部位と酸拡散制御剤に相当する構造部位との両方を一分子中に含むため、レジスト膜中で、上記構造部位のそれぞれの存在比率を一定にできる。特に、上記特性樹脂は、凝集しやすい塩構造部位(アニオン部位とカチオン部位とからなる構造部位であり、上記構造部位X及び上記構造部位Yが該当する。)が樹脂に担持された構造であるため、特許文献1に開示される低分子型酸発生剤と比べると、組成物中において凝集しにくい。つまり、特許文献1に開示される低分子型酸発生剤と比べると、上記特定樹脂Xを使用することで、光酸発生剤に相当する構造部位と酸拡散制御剤に相当する構造部位の存在比率の均一性がより一層維持されやすい。この結果として、レジスト膜が露光された際にも、レジスト膜中で生じる酸の量及び拡散が均一になりやすく、現像後に得られるパターンの幅が安定しやすい(即ち、パターンのLWR性能が優れる)。このことは、例えば、実施例欄の比較例1-3の結果からも明らかである。
さらに、特許文献1に開示される低分子型酸発生剤は、活性光線又は放射線の照射によって発生する酸の拡散距離が大きいことから、上記低分子型酸発生剤を含む組成物は、EL性能が劣る場合がある。
これに対して、本発明者らは、上記特定樹脂Xのうち、活性光線又は放射線の照射によって、重合性基と、上記構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、上記構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位とを含む酸を発生し得る特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂(以下「特定樹脂X-A」ともいう)によれば、レジスト組成物のEL性能がより一層向上することも明らかとしている。その作用機序は必ずしも明確ではないが、本発明者らは以下のように推測している。
上記特定樹脂X-A中の上記特定化合物に由来する繰り返し単位は、活性光線又は放射線の照射によって酸を発生する酸性部位として機能し得る。すなわち、上記特定樹脂X-Aは、活性光線又は放射線の照射によって、樹脂中に、上記構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と上記構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位を形成できる。すなわち、露光後のこれらの酸性部位は、特定樹脂X-A中に担持された状態であるため、特許文献1に開示される低分子型酸発生剤と比べると格段に拡散距離が小さい。この結果として、上記特定樹脂X-Aを含むレジスト組成物は、EL性能にも優れる。このことは、例えば、実施例欄の実施例1-10等の結果からも明らかである。
更に、本発明者らは、下記樹脂Y(以下「特定樹脂Y」ともいう。)を含むレジスト組成物によっても、上記特定樹脂X-Aと同様の作用機序により、LWR性能に優れるパターンを形成でき、且つEL性能にも優れることを明らかとしている。
(樹脂Y)
酸分解性基と、
第1のアニオン部位と第1のカチオン部位とからなる第1の構造部位を有する基と、
第2のアニオン部位と第2のカチオン部位とからなる第2の構造部位を有する基と、を含む樹脂であり、
上記第1の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第1のアニオン部位に由来する第1の酸性部位を形成し、
上記第2の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第2のアニオン部位に由来する第2の酸性部位を形成し、
上記第2の酸性部位は、上記第1の酸性部位とは異なる構造であり、且つ、その酸解離定数は、上記第1の酸性部位の酸解離定数よりも大きい、樹脂。
以下において、特定化合物並びに特定樹脂X及び特定樹脂Yについて説明した後、レジスト組成物について説明する。
特定化合物は、重合性基を含む。
上記重合性基の種類は特に制限されず、付加重合反応が可能な官能基が好ましく、重合性エチレン性不飽和基又は環重合性基がより好ましく、重合性エチレン性不飽和基が更に好ましい。
重合性エチレン性不飽和基としては、具体的には、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、スチリル基、及び下記一般式(W1)で表される基が挙げられる。
環重合性基としては、エポキシ基及びオキセタン基が挙げられる。
特定化合物中における重合性基の数は特に制限されないが、1~3個が好ましく、1個がより好ましい。
上記一般式(W1)中、Wは、-C(R11-、-N(R12)-、-O-、及び>C(=O)からなる群より選ばれる基から形成される原子団を表す。R11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基を表す。
11及びR12で表される1価の置換基としては特に制限されないが、例えば、炭素数1~10の直鎖状、分岐鎖状、又は環状のアルキル基等が挙げられる。
11及びR12としては、なかでも水素原子が好ましい。
上記一般式(W1)中、Tで表される環は、一般式(W1)中に明示される炭素原子とWで表される原子団とから形成される、環員原子数が5~7個である環を表す。
Tで表される環としては、環員原子数が5又は6個である環(言い換えると、5員環又は6員環)が好ましい。
上記一般式(W1)中、*は、結合位置を表す。上記Wで表される原子団中の水素原子を1つ除くことにより、*で表される結合位置が形成される。
特定化合物は、アニオン部位とカチオン部位とからなる構造部位(以下「特定構造部位」ともいう。)を2つ以上含む。
上記特定構造部位において、アニオン部位とカチオン部位とは、各々同等の価数を有し、対で存在する。ここで、アニオン部位とは、負電荷を帯びた原子又は原子団を含む構造部位であり、カチオン部位とは、正電荷を帯びた原子又は原子団を含む構造部位である。
特定化合物は、活性光線又は放射線の照射によって、上記2つ以上の特定構造部位中の上記アニオン部位に由来する酸性部位を含む酸を発生する。つまり、例えば、特定化合物が特定構造部位として構造部位X及び構造部位Yを有する場合、発生する酸は、構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位とを含む。なかでも、発生する酸は、上記2つ以上の特定構造部位中のアニオン部位に由来する酸性部位と、重合性基とを含むことが好ましい。つまり、例えば、特定化合物が特定構造部位として構造部位X及び構造部位Yを有する場合、発生する酸は、構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位と、重合性基とを含むことが好ましい。上述の如く、発生する酸に重合性基が含まれる場合、上記特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂(即ち上述した樹脂X-Aに該当する。)は、活性光線又は放射線の照射によって、樹脂中に、構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位とを形成し得る。この結果として、特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂を含むレジスト組成物は、EL性能に優れる。
特定化合物中、上記特定構造部位としては、下記一般式(D1)又は下記一般式(D2)で表される部位が好ましい。なお、下記一般式(D1)及び一般式(D2)中、P X1-及びP X2-は、アニオン部位に該当する。また、Q X1+及びQ X2+は、カチオン部位に該当する。
一般式(D1)中、P X1-は、価数がX1である負電荷を帯びた原子団を表す。Q X1+は、価数がX1である正電荷を帯びた原子団を表す。*は、結合位置を表す。
一般式(D1)中、P X2-は、価数がX2である負電荷を帯びた原子団を表す。Q X2+は、価数がX2である正電荷を帯びた原子団を表す。*は、結合位置を表す。
一般式(D1)及び一般式(D2)中、X1及びX2で表される価数は特に制限されないが、1が好ましい。
一般式(D1)及び一般式(D2)中、P X1-及びP X2-で表される負電荷を帯びた原子団としては、例えば、後述するアニオン性官能基が好ましい。
一般式(D1)及び一般式(D2)中、Q X1+及びQ X2+で表される正電荷を帯びた原子団としては、例えば、後述する有機カチオンが好ましい。
なお、特定構造部位が、例えば、一般式(D1)及び一般式(D2)で表される部位であり、且つ、一般式(D1)及び一般式(D2)中のX1及びX2で表される価数が各々1である場合、活性光線又は放射線の照射によって、P X1-及びP X2-で表されるアニオン部位に由来する一般式(D1-H)及び一般式(D2-H)で表される酸性部位が形成される。
特定化合物中の特定構造部位の数としては、2つ以上であれば特に制限されないが、例えば、2~4つが好ましく、2つがより好ましい。
特定化合物としては、下記一般式(S1)又は下記一般式(S2)で表される化合物が好ましい。
一般式(S1)中、W11は、重合性基を表す。重合性基としては、既述の通りである。
11及びL12は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。
11及びL12で表される2価の連結基としては特に制限されず、-CO-、-NR-、-O-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2~6)、2価の脂肪族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基等が挙げられる。上記Rは、水素原子又は1価の置換基が挙げられる。1価の置換基としては特に制限されないが、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)が好ましい。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、及び上記2価の脂肪族複素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
11としては、なかでも、単結合、又は-O-及びアルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)からなる群より選ばれる1種又は2種以上を組み合わせた2価の連結基が好ましい。
12としては、なかでも、単結合、又はフッ素原子で置換されていてもよいアルキレン基(好ましくは炭素数1~6であり、より好ましくは炭素数1~3。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)が好ましく、単結合、又はフッ素原子で置換されたアルキレン基がより好ましく、パーフルオロアルキレン基が更に好ましい。
11は、上述した一般式(D2)で表される基を表す。
12は、上述した一般式(D1)で表される基を表す。
一般式(S2)中、W21は、重合性基を表す。重合性基としては、既述の通りである。
21は、3価の連結基を表す。
21で表される3価の連結基としては特に制限されないが、例えば、下記一般式(LX)で表される基が挙げられる。
一般式(LX)中、L31は、3価の連結基を表す。L32、L33、及びL34は、それぞれ独立に、単結合又は2価の連結基を表す。*1は、W21との結合位置を表し、*2は、D21との結合位置を表し、*3は、D22との結合位置を表す。
31で表される3価の連結基としては特に制限されないが、例えば、C(R)、窒素原子、3価の炭化水素環基、及び3価の複素環基等が挙げられる。
上記炭化水素環基は、芳香族炭化水素環基であっても、脂肪族炭化水素環基であってもよい。上記炭化水素環基に含まれる炭素数は、6~18が好ましく、6~14がより好ましい。
上記複素環基は、芳香族複素環基であっても、脂肪族複素環基であってもよい。上記複素環は、少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環であることが好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。
は、水素原子又は1価の置換基を表す。
で表される1価の置換基としては特に制限されず、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)等が挙げられる。
31としては、なかでも、CHが好ましい。
32、L33、及びL34で表される2価の連結基としては特に制限されず、例えば、-CO-、-NR-、-O-、アルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)、シクロアルキレン基(好ましくは炭素数3~15)、アルケニレン基(好ましくは炭素数2~6)、2価の脂肪族複素環基(少なくとも1つのN原子、O原子、S原子、又はSe原子を環構造内に有する5~10員環が好ましく、5~7員環がより好ましく、5~6員環が更に好ましい。)、及びこれらの複数を組み合わせた2価の連結基等が挙げられる。上記Rは、水素原子又は1価の置換基が挙げられる。1価の置換基としては特に制限されないが、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)が好ましい。
また、上記アルキレン基、上記シクロアルキレン基、上記アルケニレン基、及び上記2価の脂肪族複素環基は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)が挙げられる。
33としては、なかでも、単結合、又は-O-が好ましい。
32及びL34としては、なかでも、単結合、又はアルキレン基(好ましくは炭素数1~6。直鎖状でも分岐鎖状でもよい。)が好ましい。
21及びD22は、それぞれ独立に、上述した一般式(D1)で表される基を表す。
次に、上述した一般式(D1)及び一般式(D2)中のP X1-及びP X2-で表される負電荷を帯びた原子団について説明する。
X1-及びP X2-で表される負電荷を帯びた原子団としては、例えば、-SO 及び-SO を一部分として有する基、-COO及び-COOを一部分として有する基、-N-を一部分として有する基、並びに、カルボアニオン(-C<)を一部分として有する基が挙げられる。
X1-としては、なかでも、下記一般式(B-1)~(B-13)で表される基が好ましい。
一般式(B-1)~(B-13)中、*は結合位置を表す。
なお、一般式(B-12)における*は、-CO-及び-SO-のいずれでもない基に対する結合位置であるのも好ましい。
一般式(B-1)~(B-5)、及び(B-12)中、RX1は、有機基を表す。
X1としては、アルキル基(直鎖状でも分岐鎖状でもよい。炭素数は1~15が好ましい。)、シクロアルキル基(単環でも多環でもよい。炭素数は3~20が好ましい。)、又はアリール基(単環でも多環でもよい。炭素数は6~20が好ましい。)が好ましい。
なお、一般式(B-5)においてRX1中の、Nと直接結合する原子は、-CO-における炭素原子、及び-SO-における硫黄原子のいずれでもないのも好ましい。
X1におけるシクロアルキル基は単環でも多環でもよい。
X1におけるシクロアルキル基としては、例えば、ノルボルニル基、及びアダマンチル基が挙げられる。
X1におけるシクロアルキル基が有してもよい置換基は、アルキル基(直鎖状でも分岐鎖状でもよい。好ましくは炭素数1~5)が好ましい。
X1におけるシクロアルキル基の環員原子である炭素原子のうちの1個以上が、カルボニル炭素原子で置き換わっていてもよい。
X1におけるアルキル基の炭素数は1~10が好ましく、1~5がより好ましい。
X1におけるアルキル基が有してもよい置換基は、シクロアルキル基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましい。
上記置換基としてのシクロアルキル基の例としては、RX1がシクロアルキル基である場合において説明したシクロアルキル基が同様に挙げられる。
X1におけるアルキル基が、上記置換基としてのフッ素原子を有する場合、上記アルキル基は、パーフルオロアルキル基となっていてもよい。
また、RX1におけるアルキル基は、1つ以上の-CH-がカルボニル基で置換されていてもよい。
X1におけるアリール基はベンゼン環基が好ましい。
X1におけるアリール基が有してもよい置換基は、アルキル基、フッ素原子、又はシアノ基が好ましい。上記置換基としてのアルキル基の例としては、RX1がシクロアルキル基である場合において説明したアルキル基が同様に挙げられ、パーフルオロアルキル基が好ましく、パーフルオロメチル基がより好ましい。
一般式(B-7)及び(B-11)中、RX2は、水素原子、又はフッ素原子及びパーフルオロアルキル基以外の置換基を表す。
X2で表されるフッ素原子及びパーフルオロアルキル基以外の置換基は、パーフルオロアルキル基以外のアルキル基、又はシクロアルキル基が好ましい。
上記アルキル基の例としては、RX1におけるアルキル基からパーフルオロアルキル基を除いたアルキル基が挙げられる。また、上記アルキル基はフッ素原子を有さないのが好ましい。
上記シクロアルキル基の例としては、RX1におけるシクロアルキル基が挙げられる。また、上記シクロアルキル基はフッ素原子を有さないのが好ましい。
一般式(B-8)中、RXF1は、水素原子、フッ素原子、又はパーフルオロアルキル基を表す。ただし、複数のRXF1のうち、少なくとも1つはフッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
XF1で表されるパーフルオロアルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
一般式(B-10)中、RXF2は、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
XF2で表されるパーフルオロアルキル基の炭素数は1~15が好ましく、1~10がより好ましく、1~6が更に好ましい。
一般式(B-9)中、nは、0~4の整数を表す。
X2-としては、なかでも、下記一般式(C-1)~(C-19)で表される基が好ましい。
特定化合物中に含まれるアニオン部位(アニオン性官能基)のうち、2つ以上のアニオン部位の構造が互いに異なることが好ましい。
アニオン部位(アニオン性官能基)の組み合わせとしては特に制限されないが、例えば、一般式(B-10)と一般式(C-1)との組み合わせ、一般式(B-10)と一般式(C-8)との組み合わせ、一般式(C-1)と一般式(B-8)との組み合わせ、一般式(C-1)と一般式(B-1)との組み合わせ、又は一般式(B-2)と一般式(B-6)との組み合わせが好ましい。上記組み合わせとした場合、各アニオン性部位に由来する酸性部位の酸解離定数の差がより適切となり、形成されるパターンのLWR性能がより優れる。
一般式(D1)及び一般式(D2)中のQ X1+及びQ X2+で表される正電荷を帯びた原子団としては、以下に示す有機カチオンが好ましい。
X1+及びQ X2+で表される有機カチオンは、それぞれ独立に、一般式(ZaI)で表される有機カチオン(カチオン(ZaI))又は一般式(ZaII)で表される有機カチオン(カチオン(ZaII))が好ましい。
上記一般式(ZaI)において、
201、R202、及びR203は、それぞれ独立に、有機基を表す。
201、R202、及びR203としての有機基の炭素数は、通常1~30であり、1~20が好ましい。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、エステル基、アミド基、又は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、例えば、アルキレン基(例えば、ブチレン基及びペンチレン基)、及び-CH-CH-O-CH-CH-が挙げられる。
一般式(ZaI)における有機カチオンの好適な態様としては、後述する、カチオン(ZaI-1)、カチオン(ZaI-2)、一般式(ZaI-3b)で表される有機カチオン(カチオン(ZaI-3b))、及び一般式(ZaI-4b)で表される有機カチオン(カチオン(ZaI-4b))が挙げられる。
まず、カチオン(ZaI-1)について説明する。
カチオン(ZaI-1)は、上記一般式(ZaI)のR201~R203の少なくとも1つがアリール基である、アリールスルホニウムカチオンである。
アリールスルホニウムカチオンは、R201~R203の全てがアリール基でもよいし、R201~R203の一部がアリール基であり、残りがアルキル基又はシクロアルキル基であってもよい。
また、R201~R203のうちの1つがアリール基であり、R201~R203のうちの残りの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、エステル基、アミド基、又はカルボニル基を含んでいてもよい。R201~R203のうちの2つが結合して形成する基としては、例えば、1つ以上のメチレン基が酸素原子、硫黄原子、エステル基、アミド基、及び/又はカルボニル基で置換されていてもよいアルキレン基(例えば、ブチレン基、ペンチレン基、又は-CH-CH-O-CH-CH-)が挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンとしては、例えば、トリアリールスルホニウムカチオン、ジアリールアルキルスルホニウムカチオン、アリールジアルキルスルホニウムカチオン、ジアリールシクロアルキルスルホニウムカチオン、及びアリールジシクロアルキルスルホニウムカチオンが挙げられる。
アリールスルホニウムカチオンに含まれるアリール基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。アリール基は、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子等を有するヘテロ環構造を有するアリール基であってもよい。ヘテロ環構造としては、ピロール残基、フラン残基、チオフェン残基、インドール残基、ベンゾフラン残基、及びベンゾチオフェン残基等が挙げられる。アリールスルホニウムカチオンが2つ以上のアリール基を有する場合に、2つ以上あるアリール基は同一であっても異なっていてもよい。
アリールスルホニウムカチオンが必要に応じて有しているアルキル基又はシクロアルキル基は、炭素数1~15の直鎖状アルキル基、炭素数3~15の分岐鎖状アルキル基、又は炭素数3~15のシクロアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、及びシクロヘキシル基等が挙げられる。
201~R203のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、それぞれ独立に、アルキル基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3~15)、アリール基(例えば炭素数6~14)、アルコキシ基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキルアルコキシ基(例えば炭素数1~15)、ハロゲン原子、水酸基、及びフェニルチオ基が挙げられる。
上記置換基は可能な場合さらに置換基を有していてもよく、例えば、上記アルキル基が置換基としてハロゲン原子を有して、トリフルオロメチル基などのハロゲン化アルキル基となっていてもよい。
次に、カチオン(ZaI-2)について説明する。
カチオン(ZaI-2)は、式(ZaI)におけるR201~R203が、それぞれ独立に、芳香環を有さない有機基を表すカチオンである。ここで芳香環とは、ヘテロ原子を含む芳香族環も包含する。
201~R203としての芳香環を有さない有機基は、一般的に炭素数1~30であり、炭素数1~20が好ましい。
201~R203は、それぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、又はビニル基が好ましく、直鎖状又は分岐鎖状の2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、又はアルコキシカルボニルメチル基がより好ましく、直鎖状又は分岐鎖状の2-オキソアルキル基が更に好ましい。
201~R203のアルキル基及びシクロアルキル基としては、例えば、炭素数1~10の直鎖状アルキル基又は炭素数3~10の分岐鎖状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びペンチル基)、並びに、炭素数3~10のシクロアルキル基(例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びノルボルニル基)が挙げられる。
201~R203は、ハロゲン原子、アルコキシ基(例えば炭素数1~5)、水酸基、シアノ基、又はニトロ基によって更に置換されていてもよい。
次に、カチオン(ZaI-3b)について説明する。
カチオン(ZaI-3b)は、下記一般式(ZaI-3b)で表されるカチオンである。
一般式(ZaI-3b)中、
1c~R5cは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ基、ハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、アルキルチオ基、又はアリールチオ基を表す。
6c及びR7cは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基(t-ブチル基等)、シクロアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、又はアリール基を表す。
及びRは、それぞれ独立に、アルキル基、シクロアルキル基、2-オキソアルキル基、2-オキソシクロアルキル基、アルコキシカルボニルアルキル基、アリル基、又はビニル基を表す。
1c~R5c中のいずれか2つ以上、R5cとR6c、R6cとR7c、R5cとR、及びRとRは、それぞれ結合して環を形成してもよく、この環は、それぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、ケトン基、エステル結合、又はアミド結合を含んでいてもよい。
上記環としては、芳香族又は非芳香族の炭化水素環、芳香族又は非芳香族のヘテロ環、及びこれらの環が2つ以上組み合わされてなる多環縮合環が挙げられる。環としては、3~10員環が挙げられ、4~8員環が好ましく、5又は6員環がより好ましい。
1c~R5c中のいずれか2つ以上、R6cとR7c、及びRとRが結合して形成する基としては、ブチレン基及びペンチレン基等のアルキレン基が挙げられる。このアルキレン基中のメチレン基が酸素原子等のヘテロ原子で置換されていてもよい。
5cとR6c、及びR5cとRが結合して形成する基としては、単結合又はアルキレン基が好ましい。アルキレン基としては、メチレン基及びエチレン基等が挙げられる。
次に、カチオン(ZaI-4b)について説明する。
カチオン(ZaI-4b)は、下記一般式(ZaI-4b)で表されるカチオンである。
一般式(ZaI-4b)中、
lは0~2の整数を表す。
rは0~8の整数を表す。
13は、水素原子、フッ素原子、水酸基、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、又はシクロアルキル基を有する基(シクロアルキル基そのものであってもよく、シクロアルキル基を一部に含む基であってもよい。)を表す。これらの基は置換基を有してもよい。
14は、水酸基、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アルキルスルホニル基、シクロアルキルスルホニル基、又はシクロアルキル基を有する基(シクロアルキル基そのものであってもよく、シクロアルキル基を一部に含む基であってもよい。)を表す。これらの基は置換基を有してもよい。R14は、複数存在する場合はそれぞれ独立して、水酸基等の上記基を表す。
15は、それぞれ独立して、アルキル基、シクロアルキル基、又はナフチル基を表す。これらの基は置換基を有してもよい。2つのR15が互いに結合して環を形成してもよい。2つのR15が互いに結合して環を形成するとき、環骨格内に、酸素原子、又は窒素原子等のヘテロ原子を含んでもよい。一態様において、2つのR15がアルキレン基であり、互いに結合して環構造を形成するのが好ましい。
一般式(ZaI-4b)において、R13、R14、及びR15のアルキル基は、直鎖状又は分岐鎖状である。アルキル基の炭素数は、1~10が好ましい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、n-ブチル基、又はt-ブチル基等がより好ましい。
次に、一般式(ZaII)について説明する。
一般式(ZaII)中、R204及びR205は、それぞれ独立に、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基を表す。
204及びR205のアリール基としてはフェニル基、又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。R204及びR205のアリール基は、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子等を有するヘテロ環を有するアリール基であってもよい。ヘテロ環を有するアリール基の骨格としては、例えば、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、ベンゾフラン、及びベンゾチオフェン等が挙げられる。
204及びR205のアルキル基及びシクロアルキル基としては、炭素数1~10の直鎖状アルキル基又は炭素数3~10の分岐鎖状アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、又はペンチル基)、又は炭素数3~10のシクロアルキル基(例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、又はノルボルニル基)が好ましい。
204及びR205のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい。R204及びR205のアリール基、アルキル基、及びシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、アルキル基(例えば炭素数1~15)、シクロアルキル基(例えば炭素数3~15)、アリール基(例えば炭素数6~15)、アルコキシ基(例えば炭素数1~15)、ハロゲン原子、水酸基、及びフェニルチオ基等が挙げられる。
特定化合物としては、下記化合物(I)であることも好ましい。下記化合物(I)は、化合物中のアニオン部位(アニオン性官能基)のうち2つ以上のアニオン部位の構造が互いに異なり、且つこれらアニオン部位に由来する酸性部位の酸解離定数も互いに異なる。
なお、下記化合物(I)は、更に重合性基も含むが、重合性基の種類及びその好適態様としては既述のとおりである。
化合物(I):下記構造部位Xと下記構造部位Yとを少なくとも1つずつ有し、且つ重合性基を有する化合物であって、活性光線又は放射線の照射によって、上記重合性基と、下記構造部位Xに由来する下記第1の酸性部位と、下記構造部位Yに由来する下記第2の酸性部位と、を含む酸を発生する化合物
構造部位X:アニオン部位A とカチオン部位M とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によってHA1で表される第1の酸性部位を形成する構造部位
構造部位Y:アニオン部位A2 -とカチオン部位M2 +とからなり、且つ活性光線又は放射線の照射によって、上記構造部位Xにて形成される上記第1の酸性部位とは異なる構造のHA2で表される第2の酸性部位を形成する構造部位
但し、化合物(I)は、下記条件Iを満たす。
条件I:上記化合物(I)において上記構造部位X中の上記カチオン部位M1 +及び上記構造部位Y中の上記カチオン部位M2 +をH+に置き換えてなる化合物PIが、上記構造部位X中の上記カチオン部位M1 +をH+に置き換えてなるHA1で表される酸性部位に由来する酸解離定数a1と、上記構造部位Y中の上記カチオン部位M2 +をH+に置き換えてなるHA2で表される酸性部位に由来する酸解離定数a2を有し、且つ、上記酸解離定数a1よりも上記酸解離定数a2の方が大きい。
また、上記化合物PIとは、化合物(I)に活性光線又は放射線を照射することにより発生する酸に該当する。
なお、酸解離定数a1及び酸解離定数a2は、上述した方法により求められる。化合物PIの酸解離定数a1及び酸解離定数a2とは、より具体的に説明すると、化合物PIの酸解離定数を求めた場合において、化合物PI(化合物PIは、「重合性基とHAとHAを有する化合物」に該当する。)が「重合性基とA とHAを有する化合物」となる際のpKaが酸解離定数a1であり、上記「重合性基とA とHAを有する化合物」が「重合性基とA とA を有する化合物」となる際のpKaが酸解離定数a2である。
形成されるパターンのLWR性能がより優れる点で、上記化合物PIにおいて、酸解離定数a1と上記酸解離定数a2との差は、0.10以上が好ましく、2.0以上がより好ましい。なお、酸解離定数a1と上記酸解離定数a2との差の上限値は特に制限されないが、例えば、15.0以下が好ましい。
また、上記化合物PIにおいて、酸解離定数a2は、6.5以下が好ましく、レジスト組成物内での化合物(I)のカチオン部位の安定性がより優れる点で、3.0以下がより好ましく、1.0以下が更に好ましい。なお、酸解離定数a2の下限値としては、-4.5以上が好ましい。
また、形成されるパターンのLWR性能がより優れる点で、上記化合物PIにおいて、酸解離定数a1は、2.0以下が好ましく、0.5以下がより好ましく、-0.1以下が更に好ましい。なお、酸解離定数a1の下限値としては、-15.0以上が好ましい。
上記構造部位X及び上記構造部位Yとしては、具体的には、上述した特定構造部位が該当する。
上記化合物(I)としては、具体的には、例えば、上述した一般式(S1)(但し、D11及びD12において、X1及びX2で表される価数が各々1であるもの)、及び上述した一般式(S2)(但し、D21及びD22において、X1及びX2で表される価数が各々1であるもの)が挙げられる。つまり、化合物(I)中の構造部位X及び構造部位Yが、上述した一般式(S1)中のD11及びD12の一方及び他方に該当する。また、化合物(I)中の構造部位X及び構造部位Yが、上述した一般式(S2)中のD21及びD22の一方及び他方に該当する。
化合物(I)中の、構造部位X及び構造部位Y中のアニオン部位(アニオン性官能基)を適切に選択することにより、上記酸解離定数a1と上記酸解離定数a2とを所定範囲とすることができる。
アニオン部位A とアニオン部位A の組み合わせとしては、例えば、上述した一般式(B-10)と上述した一般式(C-1)との組み合わせ、上述した一般式(B-10)と上述した一般式(C-8)との組み合わせ、上述した一般式(C-1)と上述した一般式(B-8)との組み合わせ、上述した一般式(C-1)と上述した一般式(B-1)との組み合わせ、又は上述した一般式(B-2)と上述した一般式(B-6)との組み合わせが好ましい。
特定化合物は、公知の合成手法に準じて合成できる。
以下において、特定化合物の具体例な一例を示す。
[樹脂]
以下において、本発明の樹脂について説明する。本発明の樹脂は、以下の通りである。
特定樹脂X(第1実施形態):
上述した特定化合物に由来する繰り返し単位(以下「特定繰り返し単位」ともいう。)を含む樹脂。
特定樹脂Y(第2実施形態):
酸分解性基と、
第1のアニオン部位と第1のカチオン部位とからなる第1の構造部位を有する基(以下「第1の構造部位含有基」ともいう。)と、
第2のアニオン部位と第2のカチオン部位とからなる第2構造部位を有する基(以下「第2の構造部位含有基」ともいう。)とを含む樹脂であり、
上記第1の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第1のアニオン部位に由来する第1の酸性部位を形成し、
上記第2の構造部位は、活性光線又は放射線の照射によって、上記第2のアニオン部位に由来する第2の酸性部位を形成し、
上記第2の酸性部位は、上記第1の酸性部位とは異なる構造であり、且つ、その酸解離定数は、上記第1の酸性部位の酸解離定数よりも大きい樹脂。
〔特定樹脂X(第1実施形態)〕
特定樹脂Xは、上述した特定化合物に由来する繰り返し単位(特定繰り返し単位)を含む。
特定繰り返し単位の含有量は、特定樹脂X中の全繰り返し単位に対し、1モル%以上が好ましく、3モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、その上限値としては、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、15モル%以下が特に好ましい。
上記特定樹脂Xは、酸の作用により分解して極性が増大する樹脂(以下「酸分解性樹脂」ともいう。)であることが好ましい。
つまり、特定樹脂Xが酸分解性樹脂である場合、本発明のパターン形成方法において、典型的には、現像液としてアルカリ現像液を採用した場合には、ポジ型パターンが好適に形成され、現像液として有機系現像液を採用した場合には、ネガ型パターンが好適に形成される。
特定樹脂Xは、通常、酸の作用により分解し極性が増大する基(以下、「酸分解性基」ともいう)を含み、酸分解性基を有する繰り返し単位を含むことが好ましい。
<酸分解性基を有する繰り返し単位>
酸分解性基とは、酸の作用により分解して極性基を生じる基をいう。酸分解性基は、酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有することが好ましい。つまり、特定樹脂Xは、酸の作用により分解し、極性基を生じる基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。この繰り返し単位を有する樹脂は、酸の作用により極性が増大してアルカリ現像液に対する溶解度が増大し、有機溶剤に対する溶解度が減少する。
極性基としては、アルカリ可溶性基が好ましく、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基、スルホン酸基、リン酸基、スルホンアミド基、スルホニルイミド基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)メチレン基、(アルキルスルホニル)(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、ビス(アルキルカルボニル)イミド基、ビス(アルキルスルホニル)メチレン基、ビス(アルキルスルホニル)イミド基、トリス(アルキルカルボニル)メチレン基、及びトリス(アルキルスルホニル)メチレン基等の酸性基、並びにアルコール性水酸基等が挙げられる。
なかでも、極性基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、又はスルホン酸基が好ましい。
酸の作用により脱離する脱離基としては、例えば、式(Y1)~(Y4)で表される基が挙げられる。
式(Y1):-C(Rx)(Rx)(Rx
式(Y2):-C(=O)OC(Rx)(Rx)(Rx
式(Y3):-C(R36)(R37)(OR38
式(Y4):-C(Rn)(H)(Ar)
式(Y1)及び式(Y2)中、Rx~Rxは、それぞれ独立に、アルキル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)又はシクロアルキル基(単環若しくは多環)、アルケニル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)、又はアリール基(単環若しくは多環)を表す。これらの基は可能な場合、置換基としてフッ素原子又はフッ素原子を有する基を有するのも好ましい。
なお、Rx~Rxの全てがアルキル基(直鎖状若しくは分岐鎖状)である場合、Rx~Rxのうち少なくとも2つはメチル基であることが好ましい。
なかでも、Rx~Rxは、それぞれ独立に、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を表すことが好ましく、Rx~Rxは、それぞれ独立に、直鎖状のアルキル基を表すことがより好ましい。
Rx~Rxの2つが結合して、単環又は多環を形成してもよい。
Rx~Rx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、及びt-ブチル基等の炭素数1~5のアルキル基が好ましい。
Rx~Rxのシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、並びにノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、及びアダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましい。
Rx~Rxのアリール基としては、炭素数6~10のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、及びアントリル基等が挙げられる。
Rx~Rxのアルケニル基としては、ビニル基が好ましい。
Rx~Rxの2つが結合して形成される環としては、シクロアルキル基が好ましい。Rx~Rx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、若しくは、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基、又はノルボルニル基、テトラシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、若しくは、アダマンチル基等の多環のシクロアルキル基が好ましく、炭素数5~6の単環のシクロアルキル基がより好ましい。
Rx~Rx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、カルボニル基等のヘテロ原子を有する基、又はビニリデン基で置き換わっていてもよい。また、これらのシクロアルキル基は、シクロアルカン環を構成するエチレン基の1つ以上が、ビニレン基で置き換わっていてもよい。
式(Y1)又は式(Y2)で表される基は、例えば、Rxがメチル基又はエチル基であり、RxとRx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も好ましい。
式(Y3)中、R36~R38は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。R37とR38とは、互いに結合して環を形成してもよい。1価の有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基等が挙げられる。R36は水素原子であることも好ましい。
なお、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基には、酸素原子等のヘテロ原子及び/又はカルボニル基等のヘテロ原子を有する基が含まれていてもよい。例えば、上記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基は、例えば、メチレン基の1つ以上が、酸素原子等のヘテロ原子及び/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。
また、R38は、繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基と互いに結合して、環を形成してもよい。R38と繰り返し単位の主鎖が有する別の置換基とが互いに結合して形成する基は、メチレン基等のアルキレン基が好ましい。
式(Y3)としては、下記式(Y3-1)で表される基が好ましい。
ここで、L及びLは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、又はこれらを組み合わせた基(例えば、アルキル基とアリール基とを組み合わせた基)を表す。
Mは、単結合又は2価の連結基を表す。
Qは、ヘテロ原子を含んでいてもよいアルキル基、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、アルデヒド基、又はこれらを組み合わせた基(例えば、アルキル基とシクロアルキル基とを組み合わせた基)を表す。
アルキル基及びシクロアルキル基は、例えば、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。
なお、L及びLのうち一方は水素原子であり、他方はアルキル基、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、及びL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。
パターンの微細化の点では、Lが2級又は3級アルキル基であることが好ましく、3級アルキル基であることがより好ましい。2級アルキル基としては、イソプロピル基、シクロヘキシル基又はノルボルニル基が挙げられ、3級アルキル基としては、tert-ブチル基又はアダマンタン基が挙げられる。これらの態様では、Tg(ガラス転移温度)及び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。
式(Y4)中、Arは、芳香環基を表す。Rnは、アルキル基、シクロアルキル基、又はアリール基を表す。RnとArとは互いに結合して非芳香族環を形成してもよい。Arはより好ましくはアリール基である。
繰り返し単位の酸分解性が優れる点から、極性基を保護する脱離基において、極性基(又はその残基)に非芳香族環が直接結合している場合、上記非芳香族環中の、上記極性基(又はその残基)と直接結合している環員原子に隣接する環員原子は、置換基としてフッ素原子等のハロゲン原子を有さないのも好ましい。
酸の作用により脱離する脱離基は、他にも、3-メチル-2-シクロペンテニル基のような置換基(アルキル基等)を有する2-シクロペンテニル基、及び1,1,4,4-テトラメチルシクロヘキシル基のような置換基(アルキル基等)を有するシクロヘキシル基でもよい。
酸分解性基を有する繰り返し単位としては、式(A)で表される繰り返し単位も好ましい。
は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基を表し、Rは水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基を表し、Rは酸の作用によって脱離し、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい脱離基を表す。ただし、L、R、及びRのうち少なくとも1つは、フッ素原子又はヨウ素原子を有する。
は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基を表す。フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい2価の連結基としては、-CO-、-O-、-S―、-SO-、―SO-、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい炭化水素基(例えば、アルキレン基、シクロアルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基等)、及びこれらの複数が連結した連結基等が挙げられる。なかでも、Lとしては、-CO-、又は-アリーレン基-フッ素原子若しくはヨウ素原子を有するアルキレン基-が好ましい。
アリーレン基としては、フェニレン基が好ましい。
アルキレン基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキレン基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキレン基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、2以上が好ましく、2~10がより好ましく、3~6が更に好ましい。
は、水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、フッ素原子若しくはヨウ素原子が有していてもよいアルキル基、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基を表す。
アルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。アルキル基の炭素数は特に制限されないが、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。
フッ素原子又はヨウ素原子を有するアルキル基に含まれるフッ素原子及びヨウ素原子の合計数は特に制限されないが、1以上が好ましく、1~5がより好ましく、1~3が更に好ましい。
上記アルキル基は、ハロゲン原子以外の酸素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
は、酸の作用によって脱離し、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい脱離基を表す。
脱離基としては、例えば、上述の式(Y1)~(Y4)で表される基が挙げられる。
酸分解性基を有する繰り返し単位としては、例えば、特開2014-010245号公報の段落[0068]~[0108]に記載の繰り返し単位も使用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、特定樹脂X中の全繰り返し単位に対し、15~95モル%が好ましく、30~80モル%がより好ましく、30~70モル%が更に好ましい。
<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>
特定樹脂Xは、ラクトン基、スルトン基、及びカーボネート基からなる群から選択される少なくとも1種を有する繰り返し単位(以下、総称して「ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位」ともいう。)を有していてもよい。
ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位は、ヘキサフルオロプロパノール基等の酸基を有さないのも好ましい。
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有していればよい。ラクトン構造又はスルトン構造は、5~7員環ラクトン構造又は5~7員環スルトン構造が好ましい。なかでも、ビシクロ構造若しくはスピロ構造を形成する形で5~7員環ラクトン構造に他の環構造が縮環しているもの、又はビシクロ構造若しくはスピロ構造を形成する形で5~7員環スルトン構造に他の環構造が縮環しているもの、がより好ましい。
特定樹脂Xは、下記一般式(LC1-1)~(LC1-21)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の環員原子から、水素原子を1つ以上引き抜いてなるラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位を有することが好ましい。
また、ラクトン基又はスルトン基が主鎖に直接結合していてもよい。例えば、ラクトン基又はスルトン基の環員原子が、特定樹脂Xの主鎖を構成してもよい。
上記ラクトン構造又はスルトン構造部分は、置換基(Rb)を有していてもよい。好ましい置換基(Rb)としては、炭素数1~8のアルキル基、炭素数4~7のシクロアルキル基、炭素数1~8のアルコキシ基、炭素数1~8のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、及び酸分解性基等が挙げられる。n2は、0~4の整数を表す。n2が2以上の時、複数存在するRbは、異なっていてもよく、また、複数存在するRb同士が結合して環を形成してもよい。
一般式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造又は一般式(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としては、例えば、下記一般式(AI)で表される繰り返し単位等が挙げられる。
Figure 0007357062000019
一般式(AI)中、Rbは、水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1~4のアルキル基を表す。
Rb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、及びハロゲン原子が挙げられる。
Rb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る。Rb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。なかでも、単結合、又は-Ab-CO-で表される連結基が好ましい。Abは、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又は単環若しくは多環のシクロアルキレン基であり、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、又はノルボルニレン基が好ましい。
Vは、一般式(LC1-1)~(LC1-21)のいずれかで表されるラクトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基、又は一般式(SL1-1)~(SL1-3)のいずれかで表されるスルトン構造の環員原子から水素原子を1つ引き抜いてなる基を表す。
ラクトン基又はスルトン基を有する繰り返し単位に、光学異性体が存在する場合、いずれの光学異性体を用いてもよい。また、1種の光学異性体を単独で用いても、複数の光学異性体を混合して用いてもよい。1種の光学異性体を主に用いる場合、その光学純度(ee)は90以上が好ましく、95以上がより好ましい。
カーボネート基としては、環状炭酸エステル基が好ましい。
環状炭酸エステル基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(A-1)で表される繰り返し単位が好ましい。
一般式(A-1)中、R は、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の有機基(好ましくはメチル基)を表す。
nは0以上の整数を表す。
は、置換基を表す。nが2以上の場合、複数存在するR は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
Aは、単結合又は2価の連結基を表す。上記2価の連結基としては、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価の基が好ましい。
Zは、式中の-O-CO-O-で表される基と共に単環又は多環を形成する原子団を表す。
ラクトン基、又はスルトン基を有する繰り返し単位しては、例えば、特開2014-010245号公報の段落[0109]~[0120]に記載の繰り返し単位も使用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
カーボネート基を有する繰り返し単位しては、例えば、特開2014-010245号公報の段落[0121]~[0132]に記載の繰り返し単位も使用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位の含有量は、特定樹脂X中の全繰り返し単位に対し、1~50モル%が好ましく、5~60モル%がより好ましく、5~50モル%が更に好ましい。
<酸基を有する繰り返し単位>
特定樹脂Xは、酸基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
酸基としては、pKaが13以下の酸基が好ましい。
酸基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、フッ素化アルコール基(好ましくはヘキサフルオロイソプロパノール基)、スルホン酸基、スルホンアミド基、又はイソプロパノール基等が好ましい。
また、上記ヘキサフルオロイソプロパノール基は、フッ素原子の1つ以上(好ましくは1~2つ)が、フッ素原子以外の基(アルコキシカルボニル基等)で置換されてもよい。このように形成された-C(CF)(OH)-CF-も、酸基として好ましい。また、フッ素原子の1つ以上がフッ素原子以外の基に置換されて、-C(CF)(OH)-CF-を含む環を形成してもよい。
酸基を有する繰り返し単位は、上述の酸の作用により脱離する脱離基で極性基が保護された構造を有する繰り返し単位、及び上述のラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位とは異なる繰り返し単位であるのが好ましい。
酸基を有する繰り返し単位は、フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい。
酸基を有する繰り返し単位としては、式(B)で表される繰り返し単位が好ましい。
は、水素原子、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよい1価の置換基を表す。
フッ素原子又はヨウ素原子を有していてもよい1価の置換基としては、-L-Rで表される基が好ましい。Lは、単結合、又はエステル基を表す。Rは、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいシクロアルキル基、フッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアリール基、又はこれらを組み合わせた基が挙げられる。
及びRは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、ヨウ素原子、又はフッ素原子若しくはヨウ素原子を有していてもよいアルキル基を表す。
は、単結合、又はエステル基を表す。
は、(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基、又は(n+m+1)価の脂環式炭化水素環基を表す。芳香族炭化水素環基としては、ベンゼン環基、及びナフタレン環基が挙げられる。脂環式炭化水素環基としては、単環であっても、多環であってもよく、例えば、シクロアルキル環基が挙げられる。
は、水酸基、又はフッ素化アルコール基(好ましくは、ヘキサフルオロイソプロパノール基)を表す。なお、Rが水酸基の場合、Lは(n+m+1)価の芳香族炭化水素環基であることが好ましい。
は、ハロゲン原子を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が挙げられる。
mは、1以上の整数を表す。mは、1~3の整数が好ましく、1~2の整数が好ましい。
nは、0又は1以上の整数を表す。nは、0~4の整数が好ましい。
なお、(n+m+1)は、1~5の整数が好ましい。
酸基を有する繰り返し単位は、(メタ)アクリル酸からなる繰り返し単位でもよい。
酸基を有する繰り返し単位しては、例えば、特開2014-010245号公報の段落[0050]~[0075]に記載の繰り返し単位も使用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
酸基を有する繰り返し単位の含有量は、特定樹脂X中の全繰り返し単位に対し、10~60モル%が好ましく、10~50モル%がより好ましく、10~40モル%が更に好ましい。
<水酸基を有する繰り返し単位>
特定樹脂Xは、水酸基を有する繰り返し単位を有していてもよい。これにより基板密着性、現像液親和性が向上する。
水酸基を有する繰り返し単位は、水酸基で置換された脂環炭化水素構造を有する繰り返し単位であることが好ましい。
水酸基を有する繰り返し単位は、酸分解性基を有さないことが好ましい。
水酸基を有する繰り返し単位における水酸基は、酸基を構成する水酸基ではないのが好ましい。
水酸基を有する繰り返し単位としては、下記一般式(AIIa)~(AIId)で表される繰り返し単位が挙げられる。
Figure 0007357062000022
一般式(AIIa)~(AIId)において、
1cは、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基又はヒドロキシメチル基を表す。
2c~R4cは、それぞれ独立に、水素原子、水酸基を表す。ただし、R2c~R4cのうちの少なくとも1つは、水酸基を表す。好ましくは、R2c~R4cの内の1つ又は2つが水酸基で、残りが水素原子である。より好ましくは、R2c~R4cの内の2つが水酸基で、残りが水素原子である。
水酸基を有する繰り返し単位としては、例えば、特開2014-010245号公報の段落[0133]~[0142]に記載の繰り返し単位も使用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
水酸基を有する繰り返し単位の含有量は、特定樹脂X中の全繰り返し単位に対して、5~60モル%が好ましく、5~50モル%がより好ましく、5~40モル%が更に好ましい。
<主鎖の運動性を低下させるための繰り返し単位>
特定樹脂Xは、発生酸の過剰な拡散又は現像時のパターン崩壊を抑制できる観点から、ガラス転移温度(Tg)が高い方が好ましい。Tgは、90℃より大きいことが好ましく、100℃より大きいことがより好ましく、110℃より大きいことが更に好ましく、125℃より大きいことが特に好ましい。なお、過度な高Tg化は現像液への溶解速度低下を招くため、Tgは400℃以下が好ましく、350℃以下がより好ましい。
特定樹脂XのTgを大きくするには、特定樹脂Xの主鎖の運動性を低下させることが好ましい。特定樹脂Xの主鎖の運動性を低下させる方法は、主鎖に環状構造の連結する方法が挙げられる。
・式(E)で表される繰り返し単位
主鎖に環状構造の連結する方法の例としては、特定樹脂Xに式(E)で表される繰り返し単位を導入する方法が挙げられる。
式(E)中、Reは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基としては、置換基を有してもよい、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基等が挙げられる。
「Cyclic」は、主鎖の炭素原子を含む環状基である。環状基に含まれる原子数は特に制限されない。
式(E)で表される繰り返し単位の具体例としては、下記繰り返し単位が挙げられる。
上記式中、Rは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基、水酸基、アルコキシ基、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1~20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。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アリール基、上記アラルキル基、及び上記アルケニル基は、それぞれ、置換基を有してもよい。また、Rで表される基中の炭素原子に結合している水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
R’は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、及びアルケニル基、水酸基、アルコキシ基、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1~20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。なお、上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アリール基、上記アラルキル基、及び上記アルケニル基は、それぞれ、置換基を有してもよい。また、R’で表される基中の炭素原子に結合している水素原子は、フッ素原子又はヨウ素原子で置換されていてもよい。
mは0以上の整数を表す。mの上限は特に制限されないが、2以下の場合が多く、1以下の場合がより多い。
また、同一の炭素原子に結合する2つのRは互いに結合して環を形成していてもよい。
式(E-2)、式(E-4)、式(E-6)、及び式(E-8)中、2つのRは、共同して「=O」を形成していてもよい。
式(E)で表される繰り返し単位の含有量は、特定樹脂X中の全繰り返し単位に対して、5~60モル%が好ましく、10~55モル%以上がより好ましい。
特定樹脂XのTgを大きくする方法としては他にも制限されず、特開2019-045864号公報の段落の[0105]~[0128]に記載の繰り返し単位を導入する方法も挙げられる。
特定樹脂Xは、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性、標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、解像力、耐熱性、及び感度等を調節する目的で様々な繰り返し構造単位を有していてもよい。
特定樹脂Xとしては、(特に、レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合)繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート系繰り返し単位で構成されるのも好ましい。この場合、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位とアクリレート系繰り返し単位とによるもののいずれのものでも使用できる。アクリレート系繰り返し単位が全繰り返し単位の50モル%以下であることが好ましい。
〔特定樹脂Y(第2実施形態)〕
<酸分解性基>
特定樹脂Yは、酸の作用により分解し極性が増大する基(酸分解性基)を含み、酸分解性基を有する繰り返し単位を含むことが好ましい。
特定樹脂Yが有する「酸分解性基」及び「酸分解性基を有する繰り返し単位」としては、上述の特定樹脂Xが有していてもよい「酸分解性基」及び「酸分解性基を有する繰り返し単位」と同義であり、その好適態様も同じである。
特定樹脂Yが酸分解性基を有する繰り返し単位を含む場合、酸分解性基を有する繰り返し単位の含有量は、特定樹脂Y中の全繰り返し単位に対し、15~95モル%が好ましく、30~80モル%がより好ましく、30~70モル%が更に好ましい。
<第1の構造部位含有基及び第2の構造部位含有基>
第1の構造部位含有基及び第2の構造部位含有基とは、上述の特定化合物が含む特定構造部位を含む基が該当する。第1の構造部位含有基及び第2の構造部位含有基は、上記特定構造部位を含みさえすれば、その構造は限定されない。
第1の構造部位含有基及び第2の構造部位含有基としては、上述した一般式(D1)又は一般式(D2)で表される部位を含む基が好ましい。
第1の構造部位含有基及び第2の構造部位含有基は、特定樹脂Yに何れの形態で含まれていてもよい。例えば、特定樹脂Yにおいて、第1の構造部位含有基及び第2の構造部位含有基は主鎖の末端に結合していてもよい。また、特定樹脂Yは、第1の構造部位含有基を含む繰り返し単位及び第2の構造部位含有基を含む繰り返し単位を各々含んでいてもよい。更に、特定樹脂Yは、第1の構造部位含有基と第2の構造部位含有基とを含む繰り返し単位を含んでいてもよい。特定樹脂Yは、レジスト組成物に適用された際に、形成されるパターンのLWR性能がより優れる点で、第1の構造部位含有基と第2の構造部位含有基とを含む繰り返し単位を含んでいるのが好ましい。
特定樹脂Yにおいて、第2の構造部位含有基中の第2のアニオン部位に由来する第2の酸性部位は、第1の構造部位含有基中の第1のアニオン部位に由来する第1の酸性部位とは異なる構造であり、且つ、その酸解離定数は、第1の酸性部位の酸解離定数よりも大きい。
酸解離定数は、上述した方法により求められる。
なお、特定樹脂Yが、第1の構造部位含有基を含む繰り返し単位及び第2の構造部位含有基を含む繰り返し単位を各々含んでいる場合、及び、第1の構造部位含有基と第2の構造部位含有基とを含む繰り返し単位を含んでいる場合、特定樹脂Yにおける第1の酸性部位の酸解離定数と第2の酸性部位の酸解離定数は、各繰り返し単位を構成する単量体に基づいて算出される。
具体的には、特定樹脂Yが第1の構造部位含有基を含む繰り返し単位及び第2の構造部位含有基を含む繰り返し単位を各々含んだ構造である場合、第1の構造部位含有基を含む繰り返し単位を構成する単量体のカチオン部位を水素原子に置き換えた化合物、及び第2の構造部位含有基を含む繰り返し単位を構成する単量体のカチオン部位を水素原子に置き換えた化合物の各々に対して、上述した方法により酸解離定数を求める。
また、特定樹脂Yが第1の構造部位含有基と第2の構造部位含有基とを含む繰り返し単位を含んだ構造である場合、上記繰り返し単位を構成する単量体のカチオン部位を水素原子に置き換えた化合物に対して、上述した方法により酸解離定数を求める。この場合、2段階の解離定数が得られる。
特定樹脂Yにおいて、第1の酸性部位の酸解離定数の好適な数値範囲としては、上述した化合物PI(化合物(I)に活性光線又は放射線を照射することにより発生する酸に該当する)の酸解離定数a1と同様である。また、第2の酸性部位の酸解離定数の好適な数値範囲としては、上述した化合物PIの酸解離定数a2と同様である。更に、第1の酸性部位の酸解離定数と第2の酸性部位の酸解離定数との差の好適な数値範囲としては、上述した化合物PIにおける酸解離定数a1と酸解離定数a2の差と同様である。
第2の酸性部位の酸解離定数を第1の酸性部位の酸解離定数よりも大きくする方法としては、特定樹脂Y中の第1のアニオン部位と第2のアニオン部位を互いに異なる構造とする方法が挙げられる。
第1のアニオン部位(アニオン性官能基)と第2のアニオン部位(アニオン性官能基)の組み合わせとしては、例えば、上述した一般式(B-10)と上述した一般式(C-1)との組み合わせ、上述した一般式(B-10)と上述した一般式(C-8)との組み合わせ、上述した一般式(C-1)と上述した一般式(B-8)との組み合わせ、上述した一般式(C-1)と上述した一般式(B-1)との組み合わせ、又は上述した一般式(B-2)と上述した一般式(B-6)との組み合わせが好ましい。
特定樹脂Yが、第1の構造部位含有基と第2の構造部位含有基とを含む繰り返し単位を含む場合、上記繰り返し単位の含有量は、特定樹脂Y中の全繰り返し単位に対し、1モル%以上が好ましく、3モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、その上限値としては、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、15モル%以下が特に好ましい。
なお、特定樹脂Yが、第1の構造部位含有基を含む繰り返し単位及び第2の構造部位含有基を含む繰り返し単位を各々含む場合、第1の構造部位含有基を含む繰り返し単位及び第2の構造部位含有基を含む繰り返し単位の合計含有量は、特定樹脂Y中の全繰り返し単位に対し、1モル%以上が好ましく、3モル%以上がより好ましく、5モル%以上が更に好ましい。また、その上限値としては、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、15モル%以下が特に好ましい。第1の構造部位含有基を含む繰り返し単位と第2の構造部位含有基を含む繰り返し単位の含有比(モル比)は、30/70~70/30が好ましい。
<ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位>
特定樹脂Yは、ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
特定樹脂Yが有する「ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位」としては、上述の特定樹脂Xが有していてもよい「ラクトン基、スルトン基、又はカーボネート基を有する繰り返し単位」と同義であり、その好適態様(含有量も含む)も同じである。
<酸基を有する繰り返し単位>
特定樹脂Yは、酸基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
特定樹脂Yが有する「酸基を有する繰り返し単位」としては、上述の特定樹脂Xが有していてもよい「酸基を有する繰り返し単位」と同義であり、その好適態様(含有量も含む)も同じである。
<水酸基を有する繰り返し単位>
特定樹脂Yは、水酸基を有する繰り返し単位を有していてもよい。
特定樹脂Yが有する「水酸基を有する繰り返し単位」としては、上述の特定樹脂Xが有していてもよい「水酸基を有する繰り返し単位」と同義であり、その好適態様(含有量も含む)も同じである。
<主鎖の運動性を低下させるための繰り返し単位>
特定樹脂Yは、主鎖の運動性を低下させるための繰り返し単位を有していてもよい。
特定樹脂Yが有する「主鎖の運動性を低下させるための繰り返し単位」としては、上述の特定樹脂Xが有していてもよい「主鎖の運動性を低下させるための繰り返し単位」と同義であり、その好適態様(含有量も含む)も同じである。
特定樹脂Yは、上記の繰り返し構造単位以外に、ドライエッチング耐性、標準現像液適性、基板密着性、レジストプロファイル、解像力、耐熱性、及び感度等を調節する目的で様々な繰り返し構造単位を有していてもよい。
特定樹脂Yとしては、(特に、レジスト組成物がArF用の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物として用いられる場合)繰り返し単位のすべてが(メタ)アクリレート系繰り返し単位で構成されるのも好ましい。この場合、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがアクリレート系繰り返し単位であるもの、繰り返し単位のすべてがメタクリレート系繰り返し単位とアクリレート系繰り返し単位とによるもののいずれのものでも使用できる。アクリレート系繰り返し単位が全繰り返し単位の50モル%以下であることが好ましい。
〔特定樹脂X及び特定樹脂Yの物性〕
特定樹脂X及び特定樹脂Yは、常法に従って(例えばラジカル重合)合成できる。
GPC法によりポリスチレン換算値として、特定樹脂X及び特定樹脂Yの重量平均分子量は、1,000~200,000が好ましく、3,000~20,000がより好ましく、5,000~15,000が更に好ましい。特定樹脂X及び特定樹脂Yの重量平均分子量を、1,000~200,000とすることにより、耐熱性及びドライエッチング耐性の劣化をより一層抑制できる。また、現像性の劣化、及び粘度が高くなって製膜性が劣化することもより一層抑制できる。
特定樹脂X及び特定樹脂Yの分散度(分子量分布)は、通常1.0~5.0であり、1.0~3.0が好ましく、1.2~3.0がより好ましく、1.2~2.0が更に好ましい。分散度が小さいものほど、解像度、及びレジスト形状がより優れ、更に、レジストパターンの側壁がよりスムーズであり、ラフネス性にもより優れる。
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物]
本発明の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、「レジスト組成物」ともいう。)について説明する。
本発明のレジスト組成物は、上述の特定樹脂X又は特定樹脂Yを含む。
本発明のレジスト組成物は、ポジ型のレジスト組成物であっても、ネガ型のレジスト組成物であってもよい。また、アルカリ現像用のレジスト組成物であっても、有機溶剤現像用のレジスト組成物であってもよい。
本発明のレジスト組成物は、典型的には、化学増幅型のレジスト組成物である。
以下、レジスト組成物が含み得る成分について詳述する。
〔特定樹脂X及び特定樹脂Y〕
本発明のレジスト組成物は、特定樹脂X又は特定樹脂Yを含む。特定樹脂X及び特定樹脂Yについては、既述のとおりである。
本発明のレジスト組成物において、特定樹脂X及び特定樹脂Yの含有量(複数含まれる場合はその合計含有量)は、組成物の全固形分に対して、50~99.9質量%が好ましく、60~99.0質量%がより好ましい。
なお、固形分とは、組成物中の溶剤を除いた成分を意図し、溶剤以外の成分であれば液状成分であっても固形分とみなす。
また、特定樹脂X及び特定樹脂Yは、1種で使用してもよいし、2種以上使用してもよい。
本発明のレジスト組成物が、特定樹脂Xを含み、上記特定樹脂Xが酸分解性基を有さない樹脂である場合、本発明のレジスト組成物は、特定樹脂Xとは別に、酸分解性基を有する樹脂(好ましくは、酸分解性基を有する繰り返し単位を含む樹脂)を含むことが好ましい。上記酸分解性基を有する樹脂としては特に制限されず、公知の樹脂が挙げられる。
〔光酸発生剤〕
レジスト組成物は、上述の特定樹脂X及び特定樹脂Yには該当しない光酸発生剤(上述の特定樹脂X及び特定樹脂Y以外の、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する化合物)を含んでいてもよい。その他の光酸発生剤は、露光(好ましくはEUV光及び/又はArFの露光)により酸を発生する化合物である。
その他の光酸発生剤は、低分子化合物の形態であってもよく、重合体の一部に組み込まれた形態であってもよい。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よい。
その他の光酸発生剤が、低分子化合物の形態である場合、分子量は3000以下が好ましく、2000以下がより好ましく、1000以下が更に好ましい。
その他の光酸発生剤が、重合体の一部に組み込まれた形態である場合、特定樹脂X及び特定樹脂Yとは異なる樹脂に組み込まれていることが好ましい。
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のが好ましい。
その他の光酸発生剤は特に限定されず、なかでも、有機酸を発生する化合物が好ましく、上記有機酸としては、特定化合物が発生し得る有機酸として説明した有機酸が同様に挙げられる。
その他の光酸発生剤としては、例えば、スルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物、ジアゾニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物、イミドスルホネート化合物、オキシムスルホネート化合物、ジアゾジスルホン化合物、ジスルホン化合物、及びo-ニトロベンジルスルホネート化合物が挙げられる。
その他の光酸発生剤は、双性イオンであってもよい。
その他の光酸発生剤としては、活性光線又は放射線の照射により酸を発生する公知の化合物を、単独又はそれらの混合物として適宜選択して使用できる。例えば、米国特許出願公開2016/0070167A1号明細書の段落[0125]~[0319]、米国特許出願公開2015/0004544A1号明細書の段落[0086]~[0094]、及び米国特許出願公開2016/0237190A1号明細書の段落[0323]~[0402]に開示された公知の化合物を使用してもよい。
レジスト組成物がその他の光酸発生剤を含む場合、その含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、組成物の全固形分に対して、0.1~40質量が好ましく、0.5~20質量%がより好ましく、0.5~10質量%が更に好ましい。
その他の光酸発生剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を使用してもよい。
〔溶剤〕
レジスト組成物は、溶剤を含んでいてもよい。
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(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)、並びに、(M2)プロピレングリコールモノアルキルエーテル(プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、又はプロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)等)、乳酸エステル(乳酸エチル等)、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(2-ヘプタノン、シクロヘキサノン、又はシクロペンタノン等)、ラクトン(γ-ブチロラクトン等)、及びアルキレンカーボネート(プロピレンカーボネート等)からなる群より選択される少なくとも1つの少なくとも一方を含んでいるのが好ましい。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。
溶剤は、成分(M1)を含んでいるのが好ましい。溶剤は、実質的に成分(M1)のみからなるか、又は成分(M1)と他の成分との混合溶剤であるのがより好ましい。後者の場合、溶剤は、成分(M1)と成分(M2)との双方を含んでいるのが更に好ましい。
成分(M1)と成分(M2)との質量比(M1/M2)は、「100/0」~「0/100」が好ましく、「100/0」~「15/85」がより好ましく、「100/0」~「40/60」が更に好ましく、「100/0」~「60/40」が特に好ましい。
上述した通り、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。この場合、成分(M1)及び(M2)以外の成分の含有量は、溶剤の全量に対して、5~30質量%が好ましい。
レジスト組成物中の溶剤の含有量は、固形分濃度が0.5~30質量%となるように定めるのが好ましく、1~20質量%となるように定めるのがより好ましい。こうすると、レジスト組成物の塗布性を更に向上させられる。
なお、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。
〔酸拡散制御剤〕
レジスト組成物は、酸拡散制御剤を更に含んでいてもよい。酸拡散制御剤は、光酸発生剤から生じた酸をトラップするクエンチャーとして作用し、レジスト膜中における酸の拡散現象を制御する役割を果たす。
酸拡散制御剤は、例えば、塩基性化合物であってもよい。
塩基性化合物は、下記一般式(A)~一般式(E)で示される構造を有する化合物が好ましい。
Figure 0007357062000026
一般式(A)及び一般式(E)中、R200、R201及びR202は、同一でも異なってもよく、水素原子、アルキル基(好ましくは炭素数1~20)、シクロアルキル基(好ましくは炭素数3~20)又はアリール基(好ましくは炭素数6~20)を表し、ここで、R201とR202は、互いに結合して環を形成してもよい。
上記アルキル基について、置換基を有するアルキル基は、炭素数1~20のアミノアルキル基、炭素数1~20のヒドロキシアルキル基、又は炭素数1~20のシアノアルキル基が好ましい。
203、R204、R205及びR206は、同一でも異なってもよく、炭素数1~20のアルキル基を表す。
これら一般式(A)及び一般式(E)中のアルキル基は、無置換であるのがより好ましい。
(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(PA))
レジスト組成物は、酸拡散制御剤として、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若しくは消失、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)を含んでいてもよい。
プロトンアクセプター性官能基とは、プロトンと静電的に相互作用し得る基、又は電子を有する官能基であって、例えば、環状ポリエーテル等のマクロサイクリック構造を有する官能基、又はπ共役に寄与しない非共有電子対をもった窒素原子を有する官能基を意味する。π共役に寄与しない非共有電子対を有する窒素原子とは、例えば、下記一般式に示す部分構造を有する窒素原子である。
プロトンアクセプター性官能基の好ましい部分構造として、例えば、クラウンエーテル構造、アザクラウンエーテル構造、1~3級アミン構造、ピリジン構造、イミダゾール構造、及びピラジン構造等が挙げられる。
化合物(PA)は、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若しくは消失、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。ここで、プロトンアクセプター性の低下若しくは消失、又はプロトンアクセプター性から酸性への変化とは、プロトンアクセプター性官能基にプロトンが付加することに起因するプロトンアクセプター性の変化である。具体的には、プロトンアクセプター性官能基を有する化合物(PA)とプロトンからプロトン付加体が生成する時、その化学平衡に於ける平衡定数が減少することを意味する。
化合物(PA)としては、例えば、特開2014-41328号公報の段落[0421]~[0428]、特開2014-134686号公報の段落[0108]~[0116]に記載されたものを援用でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
窒素原子を有し、酸の作用により脱離する基を有する低分子化合物も酸拡散制御剤として使用できる。上記低分子化合物は、酸の作用により脱離する基を窒素原子上に有するアミン誘導体が好ましい。
酸の作用により脱離する基は、アセタール基、カルボネート基、カルバメート基、3級エステル基、3級水酸基、又はヘミアミナールエーテル基が好ましく、カルバメート基、又はヘミアミナールエーテル基がより好ましい。
低分子化合物の分子量は、100~1000が好ましく、100~700がより好ましく、100~500が更に好ましい。
低分子化合物は、窒素原子上に保護基を有するカルバメート基を有してもよい。
酸拡散制御剤としては、例えば、特開2013-11833号公報の段落[0140]~[0144]に記載の化合物(アミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、及び含窒素複素環化合物等)も挙げられる。
酸拡散制御剤としてば、例えば、特開2018-155788号公報の段落[0123]~[0159]に記載の内容も援用できる。
下記に、酸拡散制御剤の具体例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
レジスト組成物が酸拡散制御剤を含む場合、酸拡散制御剤の含有量は、レジスト組成物の全固形分に対して、0.001~15質量%が好ましく、0.01~8質量%がより好ましい。
酸拡散制御剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を使用してもよい。
〔疎水性樹脂〕
レジスト組成物は、上記特定樹脂X及び特定樹脂Yとは別に、特定樹脂X及び特定樹脂Yとは異なる疎水性樹脂を含んでいてもよい。
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のが好ましいが、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、極性物質及び非極性物質の均一な混合に寄与しなくてもよい。
疎水性樹脂の添加による効果として、水に対するレジスト膜表面の静的及び動的な接触角の制御、並びに、アウトガスの抑制等が挙げられる。
疎水性樹脂は、膜表層への偏在化の点から、“フッ素原子”、“珪素原子”、及び“樹脂の側鎖部分に含まれたCH部分構造”のいずれか1種以上を有するのが好ましく、2種以上を有するのがより好ましい。また、上記疎水性樹脂は、炭素数5以上の炭化水素基を有するのが好ましい。これらの基は樹脂の主鎖中に有していても、側鎖に置換していてもよい。
疎水性樹脂に関しては、特開2014-010245号公報の段落[0315]~[0415]の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
なお、疎水性樹脂はこの他にも特開2011-248019号公報、特開2010-175859号公報、特開2012-032544号公報記載の樹脂も好ましく使用できる。
レジスト組成物が疎水性樹脂を含む場合、疎水性樹脂の含有量は、レジスト組成物の全固形分に対して、0.01~20質量%が好ましく、0.1~15質量%がより好ましい。
〔界面活性剤〕
レジスト組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤を含むと、密着性により優れ、現像欠陥のより少ないパターンを形成できる。
界面活性剤は、フッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤が好ましい。
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号明細書の段落[0276]に記載の界面活性剤が挙げられる。また、エフトップEF301、又はEF303(新秋田化成(株)製);フロラードFC430、431、及び4430(住友スリーエム(株)製);メガファックF171、F173、F176、F189、F113、F110、F177、F120、及びR08(DIC(株)製);サーフロンS-382、SC101、102、103、104、105又は106(旭硝子(株)製);トロイゾルS-366(トロイケミカル(株)製);GF-300又は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又はEF601((株)ジェムコ製);PF636、PF656、PF6320、及びPF6520(OMNOVA社製);KH-20(旭化成(株)製);FTX-204G、208G、218G、230G、204D、208D、212D、218D、及び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使用できる。
また、界面活性剤は、上記に示すような公知の界面活性剤の他に、テロメリゼーション法(テロマー法ともいわれる)又はオリゴメリゼーション法(オリゴマー法ともいわれる)により製造されたフルオロ脂肪族化合物を用いて合成してもよい。具体的には、このフルオロ脂肪族化合物から導かれたフルオロ脂肪族基を備えた重合体を、界面活性剤として用いてもよい。このフルオロ脂肪族化合物は、例えば、特開2002-90991号公報に記載された方法によって合成できる。
また、米国特許出願公開第2008/0248425号明細書の段落[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。
これら界面活性剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を使用してもよい。
レジスト組成物が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は、組成物の全固形分に対して、0.0001~2質量%が好ましく、0.0005~1質量%がより好ましい。
〔その他の添加剤〕
レジスト組成物は、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、又はカルボン酸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。
[レジスト膜、パターン形成方法]
上記レジスト組成物を用いたパターン形成方法の手順は特に制限されないが、以下の工程を有するのが好ましい。
工程1:レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程
工程2:レジスト膜を露光する工程
工程3:現像液を用いて、露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程
以下、上記それぞれの工程の手順について詳述する。
〔工程1:レジスト膜形成工程〕
工程1は、レジスト組成物を用いて、基板上にレジスト膜を形成する工程である。
レジスト組成物の定義は、上述の通りである。
以下、レジスト組成物の調製方法の具体的な一例を示す。
本発明のパターン形成方法において使用されるレジスト組成物中においては、金属原子の含有量が低減されているのが好ましい。
以下においては、まず、レジスト組成物中の金属原子の含有量を低減する方法の具体的な一例を説明した後、レジスト組成物の調製方法の具体的な一例を説明する。
レジスト組成物中の金属原子の含有量を低減する方法としては、例えば、フィルターを用いた濾過による調整方法が挙げられる。フィルター孔径としては、ポアサイズ100nm未満が好ましく、10nm以下がより好ましく、5nm以下が更に好ましい。フィルターとしては、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、又はナイロン製のフィルターが好ましい。フィルターは、上記フィルター素材とイオン交換メディアとを組み合わせた複合材料で構成されていてもよい。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よい。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よい。
また、レジスト組成物中の金属原子の含有量を低減する方法としては、レジスト組成物中の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方法、レジスト組成物中の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方法、及び装置内をテフロン(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方法等が挙げられる。
また、レジスト組成物中の金属原子の含有量を低減する方法としては、上述したフィルター濾過のほか、吸着材による除去を行ってもよく、フィルター濾過と吸着材とを組み合わせて使用してもよい。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、シリカゲル及びゼオライト等の無機系吸着材、並びに活性炭等の有機系吸着材を使用できる。
また、レジスト組成物中の金属原子の含有量を低減するためには、製造工程における金属不純物の混入を防止することが必要である。製造装置から金属不純物が十分に除去されたかどうかは、製造装置の洗浄に使用された洗浄液中に含まれる金属成分の含有量を測定することで確認できる。
次に、レジスト組成物の調製方法の具体的な一例について述べる。
レジスト組成物の製造においては、例えば、上述した樹脂及び光酸発生剤等の各種成分を溶剤に溶解させた後、素材が異なる複数のフィルターを用いて濾過(循環濾過でもよい)を行うことが好ましい。例えば、孔径50nmのポリエチレン製フィルター、孔径10nmのナイロン製フィルター、孔径3~5nmのポリエチレン製フィルターを順列に接続し、濾過を行うのが好ましい。濾過は、2回以上の循環濾過を行う方法も好ましい。なお、上記濾過工程は、レジスト組成物中の金属原子の含有量を低減させる効果もある。フィルター間の圧力差は小さい程好ましく、一般的には0.1MPa以下であり、0.05MPa以下であることが好ましく、0.01MPa以下であることがより好ましい。フィルターと充填ノズルの間の圧力差も小さい程好ましく、一般的には0.5MPa以下であり、0.2MPa以下であることが好ましく、0.1MPa以下であることがより好ましい。
また、レジスト組成物の製造においてフィルターを用いて循環濾過を行う方法としては、例えば、孔径50nmのポリテトラフルオロエチレン製フィルターを用いて2回以上循環濾過を行う方法も好ましい。
レジスト組成物の製造装置の内部は、窒素等の不活性ガスによってガス置換を行うことが好ましい。これにより、酸素等の活性ガスがレジスト組成物中に溶解することを抑制できる。
レジスト組成物はフィルターによって濾過された後、清浄な容器に充填される。容器に充填されたレジスト組成物は、冷蔵保存されることが好ましい。これにより、経時による性能劣化が抑制される。レジスト組成物の容器への充填が完了してから、冷蔵保存を開始するまでの時間は短い程好ましく、一般的には24時間以内であり、16時間以内が好ましく、12時間以内がより好ましく、10時間以内が更に好ましい。保存温度は0~15℃が好ましく、0~10℃がより好ましく、0~5℃が更に好ましい。
次に、レジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する方法を説明する。
レジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する方法としては、例えば、レジスト組成物を基板上に塗布する方法が挙げられる。
レジスト組成物は、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、スピナー又はコーター等の適当な塗布方法により塗布できる。塗布方法は、スピナーを用いたスピン塗布が好ましい。スピナーを用いたスピン塗布をする際の回転数は、1000~3000rpmが好ましい。
レジスト組成物の塗布後、基板を乾燥し、レジスト膜を形成してもよい。なお、必要により、レジスト膜の下層に、各種下地膜(無機膜、有機膜、反射防止膜)を形成してもよい。
乾燥方法としては、例えば、加熱して乾燥する方法が挙げられる。加熱は通常の露光機、及び/又は現像機に備わっている手段で実施でき、ホットプレート等を用いて実施してもよい。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。
レジスト膜の膜厚は特に制限されないが、より高精度な微細パターンを形成できる点から、10~90nmが好ましく、10~65nmがより好ましく、15~50nmがより好ましい。
なお、レジスト膜の上層にトップコート組成物を用いてトップコートを形成してもよい。
トップコート組成物は、レジスト膜と混合せず、更にレジスト膜上層に均一に塗布できるのが好ましい。
トップコート組成物は、例えば、樹脂と添加剤と溶剤とを含む。
トップコートは、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むトップコートを、レジスト膜上に形成するのが好ましい。トップコートが含み得る塩基性化合物の具体的な例は、レジスト組成物が含んでいてもよい塩基性化合物が挙げられる。
また、トップコートは、エーテル結合、チオエーテル結合、水酸基、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のも好ましい。
〔工程2:露光工程〕
工程2は、レジスト膜を露光する工程である。
露光の方法としては、例えば、形成したレジスト膜に所定のマスクを通して光を照射する方法が挙げられる。
露光後、現像を行う前にベーク(加熱)を行うのが好ましい。ベークにより露光部の反応が促進され、感度及び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10~1000秒が好ましく、10~180秒がより好ましく、30~120秒が更に好ましい。
加熱は通常の露光機及び/又は現像機に備わっている手段で実施でき、ホットプレート等を用いて行ってもよい。
この工程は露光後ベークともいう。
〔工程3:現像工程〕
工程3は、現像液を用いて、露光されたレジスト膜を現像し、パターンを形成する工程である。
現像液は、アルカリ現像液であっても、有機溶剤を含有する現像液(以下、有機系現像液ともいう)であってもよい。
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置して現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、及び一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液吐出ノズルをスキャンしながら現像液を吐出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)が挙げられる。
また、現像を行う工程の後に、他の溶剤に置換しながら、現像を停止する工程を実施してもよい。
現像時間は未露光部の樹脂が十分に溶解する時間であれば特に制限はなく、10~300秒が好ましく、20~120秒がより好ましい。
現像液の温度は0~50℃が好ましく、15~35℃がより好ましい。
アルカリ現像液は、アルカリを含むアルカリ水溶液を用いるのが好ましい。アルカリ水溶液の種類は特に制限されないが、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドに代表される4級アンモニウム塩、無機アルカリ、1級アミン、2級アミン、3級アミン、アルコールアミン、又は環状アミン等を含むアルカリ水溶液が挙げられる。なかでも、アルカリ現像液は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)に代表される4級アンモニウム塩の水溶液であるのが好ましい。アルカリ現像液には、アルコール類、界面活性剤等を適当量添加してもよい。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。また、アルカリ現像液のpHは、通常、10.0~15.0である。
有機系現像液は、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤、及び炭化水素系溶剤からなる群より選択される少なくとも1種の有機溶剤を含有する現像液であるのが好ましい。
上記の溶剤は、複数混合してもよいし、上記以外の溶剤又は水と混合してもよい。現像液全体としての含水率は、50質量%未満が好ましく、20質量%未満がより好ましく、10質量%未満が更に好ましく、実質的に水分を含有しないのが特に好ましい。
有機系現像液に対する有機溶剤の含有量は、現像液の全量に対して、50質量%以上100質量%以下が好ましく、80質量%以上100質量%以下がより好ましく、90質量%以上100質量%以下が更に好ましく、95質量%以上100質量%以下が特に好ましい。
〔他の工程〕
上記パターン形成方法は、工程3の後に、リンス液を用いて洗浄する工程を含むのが好ましい。
アルカリ現像液を用いて現像する工程の後のリンス工程に用いるリンス液としては、例えば、純水が挙げられる。なお、純水には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
リンス液には、界面活性剤を適当量添加してもよい。
有機系現像液を用いた現像工程の後のリンス工程に用いるリンス液は、パターンを溶解しないものであれば特に制限はなく、一般的な有機溶剤を含む溶液を使用できる。リンス液は、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種の有機溶剤を含有するリンス液を用いるのが好ましい。
リンス工程の方法は特に限定されず、例えば、一定速度で回転している基板上にリンス液を吐出しつづける方法(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)、及び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。
また、本発明のパターン形成方法は、リンス工程の後に加熱工程(Post Bake)を含んでいてもよい。本工程により、ベークによりパターン間及びパターン内部に残留した現像液及びリンス液が除去される。また、本工程により、レジストパターンがなまされ、パターンの表面荒れが改善される効果もある。リンス工程の後の加熱工程は、通常40~250℃(好ましくは90~200℃)で、通常10秒間~3分間(好ましくは30秒間~120秒間)行う。
また、形成されたパターンをマスクとして、基板のエッチング処理を実施してもよい。
エッチングは、公知の方法をいずれも使用でき、各種条件等は、基板の種類又は用途等に応じて、適宜、決定される。例えば、国際光工学会紀要(Proc.of SPIE)Vol.6924,692420(2008)、特開2009-267112号公報等に準じて、エッチングを実施できる。また、「半導体プロセス教本 第4版 2007年刊行 発行人:SEMIジャパン」の「第4章 エッチング」に記載の方法に準ずることもできる。
本発明のパターン形成方法において使用されるレジスト組成物以外の各種材料(例えば現像液、リンス液、反射防止膜形成用組成物、トップコート形成用組成物等)は、金属等の不純物(例えば、Na、K、Ca、Fe、Cu、Mg、Al、Li、Cr、Ni、Sn、Ag、As、Au、Ba、Cd、Co、Pb、Ti、V、W、及びZn等)が少ないほど好ましい。これら材料に含まれる不純物の含有量としては、例えば、1質量ppm以下が好ましい。
レジスト組成物以外の各種材料中の金属等の不純物の低減方法としては、例えば、フィルターを用いた濾過が挙げられる。フィルター孔径としては、ポアサイズ100nm未満が好ましく、10nm以下がより好ましく、5nm以下が更に好ましい。フィルターとしては、ポリテトラフルオロエチレン製、ポリエチレン製、又はナイロン製のフィルターが好ましい。フィルターは、上記フィルター素材とイオン交換メディアとを組み合わせた複合材料で構成されていてもよい。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よい。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よい。
また、レジスト組成物以外の各種材料中の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方法、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方法、及び装置内をテフロン(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方法等が挙げられる。
また、レジスト組成物以外の各種材料中の金属等の不純物を低減する方法としては、上述した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よく、フィルター濾過と吸着材とを組み合わせて使用してもよい。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、シリカゲル及びゼオライト等の無機系吸着材、並びに活性炭等の有機系吸着材を使用できる。上記レジスト組成物以外の各種材料に含まれる金属等の不純物を低減するためには、製造工程における金属不純物の混入を防止することが必要である。製造装置から金属不純物が十分に除去されたかどうかは、製造装置の洗浄に使用された洗浄液中に含まれる金属成分の含有量を測定することで確認できる。
リンス液等の有機系処理液には、静電気の帯電、引き続き生じる静電気放電に伴う、薬液配管及び各種パーツ(フィルター、O-リング、チューブ等)の故障を防止する為、導電性の化合物を添加してもよい。導電性の化合物は特に制限されないが、例えば、メタノールが挙げられる。添加量は特に制限されないが、好ましい現像特性又はリンス特性を維持する観点で、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。
薬液配管としては、SUS(ステンレス鋼)、又は帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、若しくはフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ樹脂等)で被膜された各種配管を用いることができる。フィルター及びO-リングに関しても同様に、帯電防止処理の施されたポリエチレン、ポリプロピレン、又はフッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシ樹脂等)を用いることができる。
また、本発明は、上記したパターン形成方法を含む、電子デバイスの製造方法、及びこの製造方法により製造された電子デバイスにも関する。
本発明の電子デバイスは、電気電子機器(家電、OA(Office Automation)、メディア関連機器、光学用機器及び通信機器等)に、好適に、搭載されるものである。
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
[各種成分]
〔樹脂〕
表4及び表8に示される樹脂A-1~A-13は、後述する樹脂A-5の合成方法(合成例1)に準じて合成したものを用いた。表1に、後掲に示される各繰り返し単位の組成比(モル比;左から順に対応)、重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)を示す。
なお、樹脂A-1~A-13の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した(ポリスチレン換算量である)。また、樹脂の組成比(モル%比)は、13C-NMR(nuclear magnetic resonance)により測定した。
表1に示される樹脂A-1~A-13の構造式を以下に示す。
Figure 0007357062000031
Figure 0007357062000032

Figure 0007357062000033
<合成例1:樹脂A-5の合成>
(合成例1A:化合物(1)の合成)
Figure 0007357062000034
≪化合物(1-1)の合成≫
30.0gのトリフルオロメタンスルホンアミドを90gの脱水THFに溶解させ、0℃に冷却した。0℃にてジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)65.0gを加えた後、63.3gの化合物(A)を30gの脱水THFに溶解させた溶液を滴下ロートを用いて滴下した。その後、25℃で1時間攪拌し、1Nの塩酸400mlに反応系を滴下した。有機層に塩化メチレンを加え、150gの水で3回洗浄した。濃縮液をカラムクロマトグラフィーに供することにより、84.0gの化合物(1-1)を得た。
≪化合物(1-2)の合成≫
84.0gの化合物(1-1)を250gのTHFに溶解させ、0℃にてアンモニアガスを通じた。2時間後、1Nの塩酸1000mlに滴下し、塩化メチレンを加え、300gの水で3回洗浄した。得られた有機層を濃縮することにより、54.0gの化合物(1-2)を得た。
≪化合物(1-3)の合成≫
17.0gの化合物(1-2)を100gの塩化メチレンに溶解させ、0℃に冷却した。0℃にてジイソプロピルエチルアミン9.61gを加えた後、7.42gの化合物(B)を19gの塩化メチレン(DCM)に溶解させた溶液を滴下ロートを用いて滴下した。その後、0℃で1時間攪拌し、反応液を100gの水で3回洗浄した。濃縮液をカラムクロマトグラフィーに供することにより、21.0gの化合物(1-3)を得た。
≪化合物(1)の合成≫
21.0gの化合物(1-3)を170gの塩化メチレンに溶解させ、純水150gを加えた後、8.09gの化合物(C)をさらに加えた。その後、25℃で1時間攪拌し、反応液を100gの水で5回洗浄した。濃縮液をカラムクロマトグラフィーに供することにより、14.0gの化合物(1)を得た。
化合物(1):H-NMR(CDCl) δppm 7.77-7.61(30H,m)、6.07(1H,s)、5.51(1H,s)、4.21(2H,t)、3.24(2H,q)、2.23(2H,m)、1.89(3H,s)
<合成例2:樹脂A-5の合成>
Figure 0007357062000035
シクロヘキサノン(24g)を窒素気流下にて85℃に加熱した。この液を攪拌しながら、上記式(1)で表されるモノマー(14.9g)、上記式(2)で表されるモノマー(11.3g)、上記式(3)で表されるモノマー(18.9g)、シクロヘキサノン(108g)、及び2,2’-アゾビスイソ酪酸ジメチル〔V-601、和光純薬工業(株)製〕(1.88g)の混合溶液を4時間かけて滴下し、反応液を得た。滴下終了後、反応液を85℃にて更に2時間攪拌した。得られた反応液を放冷後、多量のメタノール/水(質量比5:5)で再沈殿した後、ろ過し、得られた固体を真空乾燥することで、樹脂A-5を20g得た。
<活性光線又は放射線の照射(露光)によって生じる酸性部位の酸解離定数(pKa)>
表2に、樹脂A-1~A-13における露光によって生じる酸性部位の酸解離定数(pKa)を示す。なお、樹脂A-1~A-9、及び樹脂A-11は、露光によって、樹脂中に特定構造部位中のアニオン部位に由来する2つの酸性部位が形成される。樹脂A-10は、露光によって、特定構造部位中のアニオン部位に由来する2つの酸性部位を含む酸が主鎖から分離して発生する。樹脂A-13は、露光によって、樹脂中に特定構造部位中のアニオン部位に由来する1つの酸性部位が形成される。
樹脂の露光によって生じる酸性部位の酸解離定数(pKa)の測定に当たっては、具体的には、特定構造部位を含む繰り返し単位を構成する単量体のカチオン部位を水素原子に置き換えた化合物を対象として、上述した通り、ACD/Labs社のソフトウェアパッケージ1を用いて、ハメットの置換基定数及び公知文献値のデータベースに基づいた値を計算により求めた。また、上記手法によりpKaが算出できない場合には、DFT(密度汎関数法)に基づいてGaussian16により得られる値を採用した。
下記表中、「pKa1」とは第一段階目の酸解離定数を示し、「pKa2」とは第二段階目の酸解離定数を示す。pKaの値が小さいほど、酸性度が高いことを意味する。
なお、pKa1が、上述した酸解離定数a1に該当し、pKa2が、上述した酸解離定数a2に該当する。
以下に、表2を示す。
なお、表2においては、樹脂の露光によって生じる酸性部位の酸解離定数(pKa)と併せて、樹脂の構造(表2中の「備考(構造)」欄)も示す。
表2中の「備考(構造)」欄の「特定樹脂X又は特定樹脂Yのいずれに該当するか」欄において、「X、Y」は、特定樹脂X又は特定樹脂Yのいずれにも該当する場合を表し、「X」は、特定樹脂Xのみに該当する場合を表し、「Y」は、特定樹脂Yのみに該当する場合を表し、「-」はいずれにも該当しない場合を表す。
表2中の「備考(構造)」欄の「単量体が化合物(I)に該当するか否か」欄において、「A」は、単量体が化合物(I)に該当する場合を表し、「B」は、単量体が化合物(I)に該当しない場合を表す。
〔光酸発生剤〕
表4及び表8に示される光酸発生剤(化合物C-1~C-13)の構造を以下に示す。
〔酸拡散制御剤〕
表4及び表8に示される酸拡散制御剤(化合物D-1~D-5)の構造を以下に示す。
〔疎水性樹脂及びトップコート用樹脂〕
表4及び表8に示される疎水性樹脂(E-1~E-11)及び表5に示されるトップコート用樹脂(PT-1~PT-3)は合成したものを用いた。
表3に、表4及び表8に示される疎水性樹脂及び表5に示されるトップコート用樹脂における繰り返し単位のモル比率、重量平均分子量(Mw)、及び分散度(Mw/Mn)を示す。
なお、疎水性樹脂E-1~E-11及びトップコート用樹脂PT-1~PT-3の重量平均分子量(Mw)及び分散度(Mw/Mn)はGPC(キャリア:テトラヒドロフラン(THF))により測定した(ポリスチレン換算量である)。また、樹脂の組成比(モル%比)は、13C-NMR(nuclear magnetic resonance)により測定した。
表4及び表8に示される疎水性樹脂E-1~E-11及び表5に示されるトップコート用樹脂PT-1~PT-3の合成に用いたモノマー構造を以下に示す。
〔界面活性剤〕
表4及び表8に示される界面活性剤を以下に示す。
H-1:メガファックF176(DIC(株)製、フッ素系界面活性剤)
H-2:メガファックR08(DIC(株)製、フッ素及びシリコン系界面活性剤)
H-3:PF656(OMNOVA社製、フッ素系界面活性剤)
〔溶剤〕
表4及び表8に示される溶剤を以下に示す。
F-1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
F-2:プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)
F-3:プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)
F-4:シクロヘキサノン
F-5:シクロペンタノン
F-6:2-ヘプタノン
F-7:乳酸エチル
F-8:γ-ブチロラクトン
F-9:プロピレンカーボネート
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製及び評価(1)ArF液浸露光]
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製(1)ArF液浸露光〕
表4に示した各成分を固形分濃度が4質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、レジスト組成物ともいう)を調製した。なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
なお、表4において、各成分の含有量(質量%)は、全固形分に対する含有量を意味する。
以下に、表5に示すトップコート組成物に含まれる各種成分を示す。
<樹脂>
表5に示される樹脂としては、表3に示した樹脂PT-1~PT-3を用いた。
<添加剤>
表5に示される添加剤の構造を以下に示す。
<界面活性剤>
表5に示される界面活性剤としては、上記界面活性剤H-3を用いた。
<溶剤>
表5に示される溶剤を以下に示す。
FT-1:4-メチル-2-ペンタノール(MIBC)
FT-2:n-デカン
FT-3:ジイソアミルエーテル
<トップコート組成物の調製>
表5に示した各成分を固形分濃度が3質量%となるように混合して、次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、トップコート組成物を調製した。なお、ここでいう固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。得られたトップコート組成物を、実施例で使用した。
〔パターン形成(1):ArF液浸露光、有機溶剤現像〕
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表4に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜(感活性光線性又は感放射線性膜)を形成した。なお、実施例1-5、実施例1-6及び実施例1-7については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表6に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
得られたレジスト膜を露光した。露光方法としては、以下に示す(A)に記載の方法(LWR性能評価用)又は(B)に記載の方法(EL性能評価用)により実施した。
(A)ラインアンドスペースパターンの形成
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.850、Y 偏光)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
(B)コンタクトホールパターンの形成
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、C-Quad、アウターシグマ0.98、インナーシグマ0.89、XY偏向)を用い、X方向がMasksize45nmPitch90nm、Y方向がMasksize60nmPitch120nmのパターン形成用のマスクパターン(6%ハーフトーン)を介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、次いで4-メチル-2-ペンタノールで30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
<評価>
(評価項目1:LWR性能)
ライン幅が平均45nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した45nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察する際、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σで評価した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。なお、LWR(nm)は、3.3nm以下が好ましく、3.0nm以下がより好ましく、2.5nm以下が更に好ましい。
(評価項目2:EL(露光ラティチュード))
測長走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S-9380II)によりコンタクトホールパターンにおけるホールサイズを観察し、X方向のホールサイズが平均45nmのホールパターンを解像する時の最適露光量を感度(Eopt)(mJ/cm)とした。求めた最適露光量(Eopt)を基準とし、次いでホールサイズが目的の値である45nmの±10%(即ち、40.5nm及び49.5nm)となるときの露光量を求めた。そして、次式で定義される露光ラティチュード(EL、%)を算出した。ELの値が大きいほど、露光量変化による性能変化が小さく、良好である。なお、EL(%)は、14.0%以上が好ましく、14.5%以上がより好ましい。
[EL(%)]=[(ホールサイズが40.5nmとなる露光量)-(ホールサイズが49.5nmとなる露光量)]/Eopt ×100
≪評価結果≫
以上の評価試験の結果を下記表6に示す。
表6の結果から、実施例のレジスト組成物により形成されるパターンは、LWR性能が優れていることが明らかである。また、実施例のレジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである。
また、表6の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が、露光によって、重合性基と、上記構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、上記構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位とを含む酸を発生し得る特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合(好ましくは化合物(I)に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合)、レジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-10を使用したレジスト組成物との対比)。
また、表6の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が特定樹脂Yであって、この特定樹脂Yが第1の構造部位を有する基と上記第2の構造部位を有する基とを含む繰り返し単位を含む樹脂(言い換えると、2つの特定構造部位を含む繰り返し単位を含む樹脂)である場合、形成されるパターンのLWR性能がより優れることが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-11を使用したレジスト組成物との対比)。
〔パターン形成(2):ArF液浸露光、アルカリ水溶液現像〕
シリコンウエハ上に有機反射防止膜形成用組成物ARC29SR(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚98nmの反射防止膜を形成した。その上に、表4に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚90nmのレジスト膜を形成した。なお、実施例2-3、実施例2-5~実施例2-7については、レジスト膜の上層にトップコート膜を形成した(使用したトップコート組成物の種類については、表7に示す)。トップコート膜の膜厚は、いずれにおいても100nmとした。
得られたレジスト膜を露光した。露光方法としては、以下に示す(A)に記載の方法(LWR性能評価用)又は(B)に記載の方法(EL性能評価用)により実施した。
(A)ラインアンドスペースパターンの形成
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、Dipole、アウターシグマ0.950、インナーシグマ0.890、Y偏向)を用いて、線幅45nmの1:1ラインアンドスペースパターンの6%ハーフトーンマスクを介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
(B)コンタクトホールパターンの形成
レジスト膜に対して、ArFエキシマレーザー液浸スキャナー(ASML社製;XT1700i、NA1.20、C-Quad、アウターシグマ0.98、インナーシグマ0.89、XY偏向)を用い、X方向がMasksize45nmPitch90nm、Y方向がMasksize60nmPitch120nmのパターン形成用のマスクパターン(6%ハーフトーン)を介して露光した。液浸液は、超純水を使用した。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
得られたポジ型のパターンに対して、上述した〔パターン形成(1):ArF液浸露光、有機溶剤現像〕で得られたネガ型のパターンで実施した(ラインウィズスラフネス(LWR、nm)、露光ラティチュード(EL、%))の性能評価を実施した。
≪評価結果≫
以上の評価試験の結果を下記表7に示す。
表7の結果から、実施例のレジスト組成物により形成されるパターンは、LWR性能が優れていることが明らかである。また、実施例のレジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである。
また、表7の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が、露光によって、重合性基と、上記構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、上記構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位とを含む酸を発生し得る特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合(好ましくは化合物(I)に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合)、レジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-10を使用したレジスト組成物との対比)。
また、表7の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が特定樹脂Yであって、この特定樹脂Yが第1の構造部位を有する基と上記第2の構造部位を有する基とを含む繰り返し単位を含む樹脂(言い換えると、2つの特定構造部位を含む繰り返し単位を含む樹脂)である場合、形成されるパターンのLWR性能がより優れることが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-11を使用したレジスト組成物との対比)。
[感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製及び評価(2)EUV露光]
〔感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物の調製(2)EUV露光〕
表8に示した各成分を固形分濃度が2質量%となるように混合した。次いで、得られた混合液を、最初に孔径50nmのポリエチレン製フィルター、次に孔径10nmのナイロン製フィルター、最後に孔径5nmのポリエチレン製フィルターの順番で濾過することにより、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物(以下、レジスト組成物ともいう)を調製した。なお、レジスト組成物において、固形分とは、溶剤以外の全ての成分を意味する。
得られたレジスト組成物を、実施例及び比較例で使用した。
〔パターン形成(3):EUV露光、有機溶剤現像〕
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表8に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、且つ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、酢酸n-ブチルで30秒間現像し、これをスピン乾燥してネガ型のパターンを得た。
<評価>
(評価項目1:LWR性能)
ライン幅が平均20nmのラインパターンを解像する時の最適露光量にて解像した20nm(1:1)のラインアンドスペースのパターンに対して、測長走査型電子顕微鏡(SEM((株)日立製作所S-9380II))を使用してパターン上部から観察する際、線幅を任意のポイントで観測し、その測定ばらつきを3σで評価した。値が小さいほど良好な性能であることを示す。なお、LWR(nm)は、4.2nm以下が好ましく、4.0nm以下がより好ましく、3.8nm以下が更に好ましく、3.7nm以下が特に好ましい。
(評価項目2:EL(露光ラティチュード))
測長走査型電子顕微鏡(SEM(株)日立製作所S-9380II)によりラインアンドスペースにおけるライン線幅を観察し、平均20nmのパターンを解像する時の最適露光量を感度(Eopt)(mJ/cm)とした。求めた最適露光量(Eopt)を基準とし、次いでライン幅が目的の値である20nmの±10%(即ち、18.0nm及び22.0nm)となるときの露光量を求めた。そして、次式で定義される露光ラティチュード(EL、%)を算出した。ELの値が大きいほど、露光量変化による性能変化が小さく、良好である。なお、EL(%)は、20.0%以上が好ましく、21.0%以上がより好ましい。
[EL(%)]=[(ホールサイズが18.0nmとなる露光量)-(ホールサイズが22.0nmとなる露光量)]/Eopt ×100
≪評価結果≫
以上の評価試験の結果を下記表9に示す。
表9の結果から、実施例のレジスト組成物により形成されるパターンは、LWR性能が優れていることが明らかである。また、実施例のレジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである。
また、表9の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が、露光によって、重合性基と、上記構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、上記構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位とを含む酸を発生し得る特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合(好ましくは化合物(I)に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合)、レジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-10を使用したレジスト組成物との対比)。
また、表9の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が特定樹脂Yであって、この特定樹脂Yが第1の構造部位を有する基と上記第2の構造部位を有する基とを含む繰り返し単位を含む樹脂(言い換えると、2つの特定構造部位を含む繰り返し単位を含む樹脂)である場合、形成されるパターンのLWR性能がより優れることが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-11を使用したレジスト組成物との対比)。
〔パターン形成(4):EUV露光、アルカリ水溶液現像〕
シリコンウエハ上に下層膜形成用組成物AL412(Brewer Science社製)を塗布し、205℃で60秒間ベークして、膜厚20nmの下地膜を形成した。その上に、表8に示すレジスト組成物を塗布し、100℃で60秒間ベークして、膜厚30nmのレジスト膜を形成した。
EUV露光装置(Exitech社製、Micro Exposure Tool、NA0.3、Quadrupol、アウターシグマ0.68、インナーシグマ0.36)を用いて、得られたレジスト膜を有するシリコンウエハに対してパターン照射を行った。なお、レクチルとしては、ラインサイズ=20nmであり、且つ、ライン:スペース=1:1であるマスクを用いた。
露光後のレジスト膜を90℃で60秒間ベークした後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(2.38質量%)で30秒間現像し、次いで純水で30秒間リンスした。その後、これをスピン乾燥してポジ型のパターンを得た。
得られたポジ型のパターンに対して、上述した〔パターン形成(3):EUV露光、有機溶剤現像〕で得られたネガ型のパターンで実施した(ラインウィズスラフネス(LWR、nm)、露光ラティチュード(EL、%))の性能評価を実施した。
≪評価結果≫
以上の評価試験の結果を下記表10に示す。
表10の結果から、実施例のレジスト組成物により形成されるパターンは、LWR性能が優れていることが明らかである。また、実施例のレジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである。
また、表10の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が、露光によって、重合性基と、上記構造部位X中のアニオン部位に由来する酸性部位と、上記構造部位Y中のアニオン部位に由来する酸性部位とを含む酸を発生し得る特定化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合(好ましくは化合物(I)に由来する繰り返し単位を含む樹脂である場合)、レジスト組成物は、優れたEL性能を示すことが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-10を使用したレジスト組成物との対比)。
また、表10の結果から、レジスト組成物に含まれる樹脂が特定樹脂Yであって、この特定樹脂Yが第1の構造部位を有する基と上記第2の構造部位を有する基とを含む繰り返し単位を含む樹脂(言い換えると、2つの特定構造部位を含む繰り返し単位を含む樹脂)である場合、形成されるパターンのLWR性能がより優れることが明らかである(樹脂A-1~A-9を使用したレジスト組成物と樹脂A-11を使用したレジスト組成物との対比)。

Claims (4)

  1. 下記化合物に由来する繰り返し単位を含む樹脂Xを含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
    (化合物)
    アニオン部位とカチオン部位とからなる構造部位を2つ以上と、重合性基と、を含む化合物であり、
    活性光線又は放射線の照射によって、前記2つ以上の構造部位中の前記アニオン部位に由来する酸性部位を含む酸を発生し、
    前記化合物において、前記アニオン部位のうち、2つ以上のアニオン部位の構造が互いに異なる、化合物。
  2. 請求項1に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて形成された、レジスト膜。
  3. 請求項1に記載の感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜を露光する工程と、
    前記露光されたレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程と、を有する、パターン形成方法。
  4. 請求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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