JP2001192569A - 化学増幅型ポジ型レジスト組成物及びスルホニウム塩 - Google Patents
化学増幅型ポジ型レジスト組成物及びスルホニウム塩Info
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Abstract
能が良好で、基板依存性が小さく、塩基性基板や低反射
率基板に適用した場合でも良好なプロファイルを与える
化学増幅型ポジ型レジスト組成物を提供する。 【解決手段】 酸に不安定な基を持つ重合単位を有し、
それ自身はアルカリに不溶又は難溶であるが、酸の作用
でアルカリに可溶となる樹脂及び酸発生剤を含有する化
学増幅型ポジ型レジスト組成物であって、該酸発生剤と
して、下式(I)で示される塩と、(IIa)及び(IIb) (式中、Q1 はアルキル、Q2 はアルキル又は脂環式炭
化水素残基、mは1〜8の整数、Q3 、Q4、Q5、Q6
及びQ7 は互いに独立に、水素、水酸基、炭素数1〜6
のアルキル又はアルコキシ、p及びqは4〜8の整数で
ある)で示される塩から選ばれる少なくとも1種の塩と
を併用するか、又は式(I)中のmが4〜8であるスル
ホニウム塩を用いる。また、式(I)中のmが4〜8で
あるスルホニウム塩化合物も提供される。
Description
に用いられる化学増幅型のポジ型レジスト組成物及びそ
れの酸発生剤として有用な新規な化合物に関するもので
ある。
成物を用いたリソグラフィプロセスが採用されており、
リソグラフィにおいては、レイリー (Rayleigh) の回折
限界の式で表されるように、原理的には露光波長が短い
ほど解像度を上げることが可能である。半導体の製造に
用いられるリソグラフィ用露光光源は、波長436nmの
g線、波長365nmのi線、波長248nmのKrFエキ
シマレーザーと、年々短波長になってきており、次世代
の露光光源として、波長193nmのArFエキシマレー
ザーが有望視され、かかるArFエキシマレーザー露光
用レジストが一部で実用化されつつある。
るレンズは、従来の露光光源用のものに比べて寿命が短
いので、ArFエキシマレーザー光に曝される時間はで
きるだけ短いことが望ましい。そのためには、レジスト
の感度を高める必要があることから、露光により発生す
る酸の触媒作用を利用し、その酸により解裂する基を有
する樹脂を含有するいわゆる化学増幅型レジストが用い
られる。
に用いる樹脂は、レジストの透過率を確保するために芳
香環を持たず、またドライエッチング耐性を持たせるた
めに芳香環の代わりに脂環式環を有するものがよいこと
が知られている。このような樹脂として、D. C. Hofer,
J. Photopolym. Sci. Technol., Vol.9, No.3, 387-39
8 (1996) に記載されるような各種の樹脂が知られてい
る。また、S. Takechiet al., J. Photopolym. Sci. Te
chnol., Vol.9, No.3, 475-487 (1996) や特開平 9-731
73号公報には、メタクリル酸2−メチル−2−アダマン
チルの重合体又は共重合体を化学増幅型レジストの樹脂
として用いた場合には、2−メチル−2−アダマンチル
が酸の作用により解裂してポジ型に作用するとともに、
高いドライエッチング耐性、高解像性及び基板への良好
な接着性が得られることが報告されている。さらに、特
開平 10-274852号公報には、化学増幅型ポジ型レジスト
組成物を構成する樹脂として、重合単位の一部にブチロ
ラクトン残基を有するものを用いることにより、基板へ
の接着性が改良されることが報告されており、特開平 1
0-319595号公報には、γ−ブチロラクトン−3−イル残
基をカルボキシル基の保護基とする樹脂を用いたレジス
ト組成物が記載されている。
用を利用するものであるため、基板が塩基性の場合に
は、酸が失活してプロファイルが裾引き形状になるとい
う問題がある。この問題を解決するには、塩基性のクェ
ンチャー物質を多く添加すればよいことが知られてい
る。しかしながら、クェンチャー物質を多く添加する
と、レジストの感度が低下する。さらに、ArF露光に
おいては、有機や無機の反射防止膜のような反射率の低
い基板上にレジストが適用されることが多い。このよう
な低反射率基板を用いると、寸法の均一性を向上するの
に効果があるものの、一般的にいって、光吸収が原因で
レジストのプロファイルがテーパー形状になって悪化す
る。
物中の酸発生剤の量を減らすことが考えられるが、この
場合は一般的に感度が遅くなる。光吸収を少なくする別
の方法としては、特開平 7-25846号公報、特開平 7-282
37号公報、特開平 7-92675号公報及び特開平 8-27102号
公報に記載されるような透明性の高い脂肪族スルホニウ
ム塩を用いることが考えられる。しかしながら、これら
公知の脂肪族スルホニウム塩では、充分な解像度が得ら
れないとともに、塩基性基板上でのプロファイルが裾引
き形状になるという問題は解消されない。このように、
従来公知の酸発生剤を用いた化学増幅型レジストには、
基板の種類によって、性能、特にプロファイルが変化す
るという問題があった。
は、樹脂成分と酸発生剤を含有し、ArFやKrFなど
のエキシマレーザーリソグラフィ、特に220nm以下の
波長の光、例えばArFエキシマレーザー光を用いたリ
ソグラフィに適した化学増幅型のポジ型レジスト組成物
であって、感度や解像度、基板への接着性などの各種レ
ジスト性能が良好であるとともに、塩基性基板や低反射
率基板に適用する場合でも基板依存性が小さく、いずれ
の基板に対しても良好なプロファイルを与えるものを提
供することにある。
型ポジ型レジスト組成物の酸発生剤として有用な化合物
を提供することにある。
わせて用いることにより、あるいはその酸発生剤のなか
でも特定の構造を有するものを用いることにより、解像
度が改良され、また塩基性基板や低反射率基板における
プロファイルも改良されることを見出し、本発明を完成
するに至った。
の見地から、酸発生剤として、下式(I)
キル又は脂環式炭化水素残基を表し、mは1〜8の整数
を表す)で示される脂肪族スルホニウム塩と、下式(II
a)で示されるトリフェニルスルホニユム塩及び下式(I
Ib)で示されるジフェニルヨードニユム塩
互いに独立に、水素、水酸基、炭素数1〜6のアルキル
又は炭素数1〜6のアルコキシを表し、q及びpは4〜
8の整数を表す)から選ばれる少なくとも1種のオニウ
ム塩とを含む酸発生剤並びに、酸に不安定な基を持つ重
合単位を有し、それ自身はアルカリに不溶又は難溶であ
るが、酸の作用でアルカリに可溶となる樹脂を含有する
ことを特徴とする化学増幅型ポジ型レジスト組成物を提
供するものである。
ム塩のなかでも、スルホネート陰イオン部分のmが4〜
8と炭素数の多いものは、解像度及びプロファイルの向
上効果が顕著であり、酸発生剤としてこの化合物を単独
で用いた場合でも、優れた解像度及びプロファイルを与
える。したがって本発明はまた、第二の見地から、酸発
生剤として、下式(Ia)
りであり、nは4〜8の整数を表す)で示される脂肪族
スルホニウム塩を含有し、さらに、酸に不安定な基を持
つ重合単位を有し、それ自身はアルカリに不溶又は難溶
であるが、酸の作用でアルカリに可溶となる樹脂を含有
してなる化学増幅型ポジ型レジスト組成物をも提供する
ものである。もちろん、スルホネート陰イオン部分の炭
素数の多い式(Ia)で示される脂肪族スルホニウム塩を
用いた場合でも、前記式(IIa)及び(IIb)から選ばれ
る少なくとも1種のオニウム塩を併用することは一層有
効である。
前記式(Ia)で示される脂肪族スルホニウム塩は、文献
未記載の化合物である。したがって本発明はさらに、第
三の見地から、前記式(Ia)で示されるスルホニウム塩
をも提供する。
いられる酸発生剤は、その物質自体に、あるいはその物
質を含むレジスト組成物に、光や電子線などの放射線を
作用させることにより、その物質が分解して酸を発生す
るものである。本発明において第一の見地から特定する
組成物では、かかる酸発生剤として、前記式(I)で示
される脂肪族スルホニウム塩と、前記式(IIa)で示さ
れるトリフェニルスルホニウム塩及び前記式(IIb)で
示されるジフェニルヨードニユム塩から選ばれる少なく
とも1種のオニウム塩とを併用し、また第二の見地から
特定する組成物では、スルホネート陰イオン部分の炭素
数が多い前記式(Ia)で示される脂肪族スルホニウム塩
を用いる。
キルであり、Q2 はアルキル又は脂環式炭化水素残基で
ある。この場合のアルキルは、例えば、炭素数1〜8程
度であることができ、炭素数3以上の場合は、直鎖でも
分岐していてもよい。具体的なアルキルの例としては、
メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、te
rt−ブチル、ペンチル、ヘキシルなどが挙げられる。一
方、Q2 で表される脂環式炭化水素残基は、例えば、炭
素数5〜16程度であることができ、シクロペンチル、
シクロヘキシル及びシクロオクチルのような単環のシク
ロアルキルのほか、ノルボルニル、イソボルニル及びア
ダマンチルのような架橋多環の基であってもよい。また
式(I)において、パーフルオロアルカンスルホネート
陰イオンを構成するアルカン部分の炭素数を表すmは1
〜8の整数である。式(I)中のパーフルオロアルカン
スルホネート陰イオンに該当する具体例としては、トリ
フルオロメタンスルホネートイオン、パーフルオロブタ
ンスルホネートイオン、パーフルオロオクタンスルホネ
ートイオンなどが挙げられる。
は、スルホニウム陽イオンを構成する各基が非芳香族で
あることから、波長220nm以下の光、例えば、波長1
93nmのArFエキシマレーザー光に対して透過率が高
い。したがって、このような脂肪族スルホニウム塩を酸
発生剤として用いることにより、それを含むレジスト組
成物は、上記のような短波長の露光光を吸収する割合が
少なくなり、プロファイルがテーパー形状になるのを防
ぐことができる。
ルカンスルホネート陰イオン部分の炭素数が少ない場
合、例えばトリフルオロメタンスルホネート陰イオンの
場合、それを単独で酸発生剤としたレジスト組成物で
は、充分な解像度が得られにくいとともに、特に塩基性
基板上では、良好なプロファイルが得られにくくなる。
そこで、本発明において第一の見地から特定するレジス
ト組成物では、酸発生剤として、かかる式(I)の脂肪
族スルホニウム塩とともに、式(IIa)及び(IIb)から
選ばれる少なくとも1種のオニウム塩が併用される。か
かるスルホニウム塩系酸発生剤を併用することにより、
式(I)の脂肪族スルホニウム塩系酸発生剤を単独で用
いた場合に比べ、基板依存性を損なわずに解像度を上げ
ることができ、また式(IIa)及び(IIb)から選ばれる
少なくとも1種のオニウム塩系酸発生剤を単独で用いた
場合に比べ、基板依存性を損なわずに感度を上げること
ができる。
ルカンスルホネート陰イオン部分の炭素数が多くなり、
具体的には同式中のmが4以上になると、これを単独で
酸発生剤とした場合でも、レジストの解像度が改良さ
れ、さらに塩基性基板や低反射率基板上でのプロファイ
ルも改良されるようになる。そこで、本発明において第
二の見地から特定するレジスト組成物では、酸発生剤と
して、前記式(I)中のmが4以上である化合物、換言
すれば前記式(Ia)で示される脂肪族スルホニウム塩を
用いる。このような炭素数の多いパーフルオロアルカン
スルホネート陰イオンを有するスルホニウム塩がレジス
トの解像度の改良及び塩基性基板や低反射率基板上での
プロファイルの改良に効果を発揮する理由は、必ずしも
定かでないが、陰イオンが嵩高くなることで、生じる酸
のレジスト内での拡散距離が短くなり、光学像に一層忠
実な酸の分布が達成されることから、解像度が向上した
り、低反射率基板上でのプロファイルが改良されるもの
と推定される。またレジスト内での酸の拡散距離が短く
なるため、塩基性基板からの塩基の拡散も抑えられ、塩
基性基板上でも裾引きの少ないプロファイルが得られる
ものと考えられる。
は、市販品があればそれをそのまま用いることができる
ほか、公知の方法に準じて製造することも可能である。
例えば、D. N. Kevill et al., J. Am. Chem. Soc., Vo
l.108, 1579-1585 (1986) に記載の方法を応用して、次
の反応スキームに従って製造することができる。
おりであり、Xは臭素や沃素のようなハロゲンを表す。
ィド化合物に式Q1−X に相当するハロゲン化炭化水素
を作用させるか、又は上記式(A2)に相当するスルフィ
ド化合物に式Q2−X に相当するハロゲン化炭化水素を
作用させて、上記式(B)に相当するスルホニウムハラ
イドを生成させ、さらに式CmF2m+1SO3Ag に相当す
るパーフルオロアルカンスルホン酸銀を作用させること
により、式(I)で示される脂肪族スルホニウム塩を得
ることができる。これらの反応は、適当な溶媒中、例え
ば、アセトニトリル、ニトロメタン、酢酸エチルなどの
溶媒中で行われる。式Q1−X 又は式Q2−X に相当す
るハロゲン化炭化水素は、式(A1)又は式(A2)のスル
フィド化合物に対して過剰に、例えば3〜20モル倍程
度用いるのが好ましく、また、式CmF2m+1SO3Ag に
相当するパーフルオロアルカンスルホン酸銀は、式
(B)のスルホニウムハライド生成のために用いた式
(A1)又は式(A2)のスルフィド化合物に対して、ほぼ
等モル量用いればよい。反応終了後は、生成したハロゲ
ン化銀を濾過等により除去し、次いで濃縮や再結晶等の
後処理を施すことにより、式(I)の脂肪族スルホニウ
ム塩を得ることができる。式(Ia)で示される化合物も
もちろん、上記反応スキーム中のmをnと置き換えて、
同様に製造することができる。
の具体的な例としては、次のような化合物を挙げること
ができ、これらの例示化合物中、末尾に(Ia)と表示し
たものは、前記式(Ia)に相当するスルホネート陰イオ
ン部分の炭素数の多い化合物でもある。
ヘキシル)スルホニウム トリフルオロメタンスルホネ
ート(式(I)中、Q1 =メチル、Q2 =シクロヘキシ
ル、m=1の化合物)、1−アダマンチルメチル(2−
オキソシクロヘキシル)スルホニウム トリフルオロメ
タンスルホネート(式(I)中、Q1 =メチル、Q2 =
1−アダマンチル、m=1の化合物)、メチル(2−ノ
ルボルニル)(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウ
ム トリフルオロメタンスルホネート(式(I)中、Q
1 =メチル、Q2 =2−ノルボルニル、m=1の化合
物)、ジメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニ
ウム トリフルオロメタンスルホネート(式(I)中、
Q1 =Q2 =メチル、m=1の化合物)、メチル(2−
オキソシクロヘキシル)プロピルスルホニウム トリフ
ルオロメタンスルホネート(式(I)中、Q1 =プロピ
ル、Q2 =メチル、m=1の化合物)、
ヘキシル)スルホニウム パーフルオロブタンスルホネ
ート(式(I)中、Q1 =メチル、Q2 =シクロヘキシ
ル、m=4の化合物)(Ia)、1−アダマンチルメチル
(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム パーフル
オロブタンスルホネート(式(I)中、Q1 =メチル、
Q2 =1−アダマンチル、m=4の化合物)(Ia)、メ
チル(2−ノルボルニル)(2−オキソシクロヘキシ
ル)スルホニウム パーフルオロブタンスルホネート
(式(I)中、Q1 =メチル、Q2 =2−ノルボルニ
ル、m=4の化合物)(Ia)、ジメチル(2−オキソシ
クロヘキシル)スルホニウム パーフルオロブタンスル
ホネート(式(I)中、Q1 =Q2 =メチル、m=4の
化合物)(Ia)、メチル(2−オキソシクロヘキシル)
プロピルスルホニウム パーフルオロブタンスルホネー
ト(式(I)中、Q1 =プロピル、Q2 =メチル、m=
4の化合物)(Ia)、
ヘキシル)スルホニウム パーフルオロオクタンスルホ
ネート(式(I)中、Q1=メチル、Q2=シクロヘキシ
ル、m=8の化合物)(Ia)、1−アダマンチルメチル
(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム パーフル
オロオクタンスルホネート(式(I)中、Q1 =メチ
ル、Q2 =1−アダマンチル、m=8の化合物)(I
a)、メチル(2−ノルボルニル)(2−オキソシクロ
ヘキシル)スルホニウム パーフルオロオクタンスルホ
ネート(式(I)中、Q1 =メチル、Q2 =2−ノルボ
ルニル、m=8の化合物)(Ia)、ジメチル(2−オキ
ソシクロヘキシル)スルホニウム パーフルオロオクタ
ンスルホネート(式(I)中、Q1 =Q2 =メチル、m
=8の化合物)(Ia)、メチル(2−オキソシクロヘキ
シル)プロピルスルホニウム パーフルオロオクタンス
ルホネート(式(I)中、Q1 =プロピル、Q2 =メチ
ル、m=8の化合物)(Ia)など。
する組成物で必須の成分となるトリフェニルスルホニウ
ム塩及びジフェニルヨードニユム塩から選ばれる少なく
とも1種のオニウム塩を表す式(IIa)及び(IIb)にお
いて、Q3、Q4、Q5、Q6及びQ7はそれぞれ、水素、
水酸基、炭素数1〜6のアルキル又は炭素数1〜6のア
ルコキシであり、アルキル及びアルコキシは、炭素数3
以上の場合は直鎖でも分岐していてもよい。具体的なア
ルキルの例としては、メチル、エチル、プロピル、イソ
プロピル、ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル
などが挙げられ、アルコキシの例としては、メトキシ、
エトキシ、プロポキシ、ブトキシなどが挙げられる。ま
た式(IIa)及び(IIb)において、パーフルオロアルカ
ンスルホネート陰イオンを構成するアルカン部分の炭素
数を表すp及びqは4〜8の整数である。このような炭
素数の多いパーフルオロアルカンスルホネート陰イオン
を有するトリフェニルスルホニウム塩は、前記式(Ia)
で示される脂肪族スルホニウム塩と同様、解像度の改
良、さらには塩基性基板や低反射率基板上でのプロファ
イルの改良にとって有利である。
ニウム塩、式(IIb)で示されるジフェニルヨードニユ
ム塩は、市販品があれば、それをそのまま用いることが
できるほか、常法に従って製造することも可能である。
トリフェニルスルホニウム塩(IIa)の製法としては、
例えば、相当するトリフェニルスルホニウムブロマイド
をパーフルオロアルカンスルホン酸銀と反応させる方法
や、 Chem. Pharm. Bull., Vol.29, 3753 (1981) の記
載に準じて、相当するジフェニルスルホキシドとベンゼ
ン系化合物とパーフルオロアルカンスルホン酸とを、ト
リフルオロ酢酸無水物の存在下で反応させる方法、特開
平 8-311018 号公報の記載に準じて、相当するアリール
グリニヤ試薬を塩化チオニルと反応させ、次いでトリオ
ルガノシリルハライドと反応させてトリアリールスルホ
ニウムハライドとした後、パーフルオロアルカンスルホ
ン酸銀と反応させる方法などにより、製造できる。ま
た、式(IIa)中のQ3 、Q4 及び/又はQ5 が水酸基
である化合物は、上記特開平 8-311018 号公報の記載に
準じて、ベンゼン環上にtert−ブトキシ基を有するトリ
フェニルスルホニウム塩を、その化合物の陰イオンと同
じスルホン酸で処理してtert−ブチル基を脱離させるこ
とにより、製造できる。
の製法としては、例えば、J. Am. Chem. Soc., vol.81,
342 (1959) の記載に準じて、ヨージル硫酸と相当する
アリール化合物を反応させた後、パーフルオロアルカン
スルホン酸を加える方法や、相当するアリール化合物と
無水酢酸、ヨウ素酸カリウムの混合物に濃硫酸を滴下し
て反応させた後、パーフルオロアルカンスルホン酸を加
える方法、あるいは、無水酢酸と発煙硝酸の混合液中に
ヨウ素とトリフルオロ酢酸を加えて得られる反応生成物
と相当するアリール化合物を反応させた後、パーフルオ
ロアルカンスルホン酸を加える方法などにより製造でき
る。
ルスルホニウム塩、ジフェニルヨードニウム塩の具体例
としては、次のような化合物を挙げることができる。
ブタンスルホネート、4−メチルフェニルジフェニルス
ルホニウム パーフルオロブタンスルホネート、4−ヒ
ドロキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオ
ロブタンスルホネート、4−メトキシフェニルジフェニ
ルスルホニウム パーフルオロブタンスルホネート、ト
リス(4−メチルフェニル)スルホニウム パーフルオ
ロブタンスルホネート、トリス(4−メトキシフェニ
ル)スルホニウム パーフルオロブタンスルホネート、
トリフェニルスルホニウム パーフルオロオクタンスル
ホネート、4−メチルフェニルジフェニルスルホニウム
パーフルオロオクタンスルホネート、4−ヒドロキシ
フェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロオクタ
ンスルホネート、4−メトキシフェニルジフェニルスル
ホニウム パーフルオロオクタンスルホネート、トリス
(4−メチルフェニル)スルホニウム パーフルオロオ
クタンスルホネート トリス(4−メトキシフェニル)スルホニウム パーフ
ルオロオクタンスルホネート ジフェニルヨードニウム パーフルオロブタンスルホネ
ート、ジ(4−メトキシフェニル)ヨードニウム パー
フルオロオクタンスルホネート ジ(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム パーフ
ルオロオクタンスルホネートなど。
樹脂成分について説明する。この樹脂は、酸に不安定な
基を持つ重合単位を有する。化学増幅型ポジ型レジスト
用の樹脂は一般に、それ自体ではアルカリに不溶又は難
溶であるが、酸の作用により一部の基が解裂し、解裂後
はアルカリ可溶性となるものである。本発明における酸
に不安定な基も、このように従来から知られている各種
のものであることができる。酸に不安定な基として具体
的には、カルボン酸の各種エステル、例えば、メチルエ
ステル及びtert−ブチルエステルに代表されるアルキル
エステル、メトキシメチルエステル、エトキシメチルエ
ステル、1−エトキシエチルエステル、1−イソブトキ
シエチルエステル、1−イソプロポキシエチルエステ
ル、1−エトキシプロピルエステル、1−(2−メトキ
シエトキシ)エチルエステル、1−(2−アセトキシエ
トキシ)エチルエステル、1−〔2−(1−アダマンチ
ルオキシ)エトキシ〕エチルエステル、1−〔2−(1
−アダマンタンカルボニルオキシ)エトキシ〕エチルエ
ステル、テトラヒドロ−2−フリルエステル及びテトラ
ヒドロ−2−ピラニルエステルのようなアセタール型エ
ステル、イソボルニルエステル及び2−アルキル−2−
アダマンチルエステルのような脂環式エステルなどが挙
げられる。このようなカルボン酸エステルを有する重合
単位へ導くモノマーは、メタクリル酸エステルやアクリ
ル酸エステルのような(メタ)アクリル系のものでもよ
いし、ノルボルネンカルボン酸エステル、トリシクロデ
センカルボン酸エステル、テトラシクロデセンカルボン
酸エステルのように、カルボン酸エステル基が脂環式モ
ノマーに結合したものでもよい。
のなかでも、(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−ア
ダマンチルの重合単位を有する樹脂は、それを含むレジ
ストの解像度の点で好ましい。この重合単位は、アクリ
ル酸2−アルキル−2−アダマンチル又はメタクリル酸
2−アルキル−2−アダマンチルにおける(メタ)アク
リル酸部分の二重結合が開いて形成されるものであり、
具体的には下式(III)で表すことができる。
はアルキルを表す。
−アルキル−2−アダマンチルの重合単位は、脂環式環
であるアダマンタン環の存在により、レジストの透過率
を確保し、またドライエッチング耐性の向上に寄与す
る。さらにこの単位中の2−アルキル−2−アダマンチ
ルは、酸の作用により解裂するので、この単位は、レジ
スト膜の露光後のアルカリ溶解性を高めるのに寄与す
る。式(III) 中のR2 はアルキルであり、このアルキル
は例えば、炭素数1〜8程度であることができ、通常は
直鎖であるのが有利であるが、炭素数3以上の場合は分
岐していてもよい。具体的なR2 としては、メチル、エ
チル、プロピル、イソプロピル、ブチルなどが挙げられ
る。なかでも、R2 がメチル又はエチルであるものは、
レジストと基板との接着性や解像度の向上にとって好都
合である。
−アルキル−2−アダマンチルの重合単位に導くための
モノマーとして、具体的には例えば、アクリル酸2−メ
チル−2−アダマンチル、アクリル酸2−エチル−2−
アダマンチル、メタクリル酸2−メチル−2−アダマン
チル、メタクリル酸2−エチル−2−アダマンチルなど
が挙げられる。(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−
アダマンチルは通常、2−アルキル−2−アダマンタノ
ール又はその金属塩とアクリル酸ハライド又はメタクリ
ル酸ハライドとの反応により製造できる。
に不安定な基を有する重合単位の他に、酸の作用により
解裂しないか又は解裂しにくい他の重合単位を含有する
ことも、もちろん可能である。含有しうる他の重合単位
としては、例えば、アクリル酸やメタクリル酸のような
遊離のカルボン酸基を有するモノマーの重合単位、無水
マレイン酸や無水イタコン酸のような脂肪族不飽和ジカ
ルボン酸無水物の重合単位、2−ノルボルネンの重合単
位、(メタ)アクリロニトリルの重合単位、(メタ)ア
クリル酸2−ヒドロキシエチルや(メタ)アクリル酸3
−ヒドロキシ−1−アダマンチル、(メタ)アクリロイ
ロキシ−γ−ブチロラクトンのような各種(メタ)アク
リル酸エステル類の重合単位などを挙げることができ
る。
1−アダマンチルの重合単位や、ラクトン環がアルキル
で置換されていてもよい(メタ)アクリロイロキシ−γ
−ブチロラクトンの重合単位は、レジストの基板への接
着性の点で好ましく用いられる。ここでいう(メタ)ア
クリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチルの重合単位
とは、対応する(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1
−アダマンチルにおける(メタ)アクリル酸部分の二重
結合が開いて形成される単位を意味し、ラクトン環がア
ルキルで置換されていてもよい(メタ)アクリロイロキ
シ−γ−ブチロラクトンの重合単位とは、無置換の又は
ラクトン環にアルキルが置換したα−(メタ)アクリロ
イロキシ−γ−ブチロラクトンにおける(メタ)アクリ
ル酸部分の二重結合が開いて形成される単位又はラクト
ン環がアルキルで置換されていてもよいβ無置換の又は
ラクトン環にアルキルが置換したβ−(メタ)アクリロ
イロキシ−γ−ブチロラクトンにおける(メタ)アクリ
ル酸部分の二重結合が開いて形成される単位を意味し、
それぞれ下式(IV)、(V)及び(VI)で表すことがで
きる。
はメチルを表し、R5 、R6 及びR 7 は互いに独立に、
水素又はアルキルを表しR8は水素又は水酸基を表す。
リル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル類は市販され
ているが、例えば対応するヒドロキシアダマンタンを
(メタ)アクリル酸又はそのハライドと反応させること
により、製造することもできる。また、式(V)又は式
(VI)の単位に導くためのα−又はβ−(メタ)アクリ
ロイロキシ−γ−ブチロラクトンは、ラクトン環がアル
キルで置換されていてもよいα−若しくはβ−ブロモ−
γ−ブチロラクトンにアクリル酸若しくはメタクリル酸
を反応させるか、又はラクトン環がアルキルで置換され
ていてもよいα−若しくはβ−ヒドロキシ−γ−ブチロ
ラクトンにアクリル酸ハライド若しくはメタクリル酸ハ
ライドを反応させることにより、製造できる。
−ヒドロキシ−1−アダマンチルの重合単位、式(V)
で示されるα−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロ
ラクトンの重合単位及び式(VI)で示されるβ−(メ
タ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンの重合単位
は、いずれも極性が高く、それらのいずれかを樹脂中に
存在させることにより、それを含むレジストの基板への
接着性が向上する。これらの重合単位はまた、レジスト
の解像性の向上にも寄与する。さらに、(メタ)アクリ
ル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチルの重合単位は、
レジストのドライエッチング耐性の向上にも寄与する。
また、β−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラク
トンの重合単位は、レジストの透過率向上にも寄与す
る。
−ヒドロキシ−1−アダマンチルの重合単位に導くため
のモノマーは、アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマ
ンチル、メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチ
ル、アクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンチ
ル及びメタクリル酸3,5−ジヒドロキシ−1−アダマ
ンチル等が挙げられる。また、式(V)及び式(VI)
中、R5 、R6 及びR7はそれぞれ、水素又はアルキル
であり、このアルキルは炭素数1〜6程度であることが
でき、炭素数3以上の場合は直鎖でも分岐していてもよ
い。R5 、R6 及びR7 で表されるアルキルの具体例と
しては、メチル、エチル、プロピル、ブチルなどが挙げ
られる。式(V)で示されるα−(メタ)アクリロイロ
キシ−γ−ブチロラクトンの重合単位に導くためのモノ
マーとしては、例えば、α−アクリロイロキシ−γ−ブ
チロラクトン、α−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラ
クトン、α−アクリロイロキシ−β,β−ジメチル−γ
−ブチロラクトン、α−メタクリロイロキシ−β,β−
ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−アクリロイロキシ
−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−メタクリロイ
ロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトンなどが挙げら
れる。また、式(VI)で示されるβ−(メタ)アクリロ
イロキシ−γ−ブチロラクトンの重合単位に導くための
モノマーとしては、例えば、β−アクリロイロキシ−γ
−ブチロラクトン、β−メタクリロイロキシ−γ−ブチ
ロラクトン、β−メタクリロイロキシ−α−メチル−γ
−ブチロラクトンなどが挙げられる。
脂は、その主鎖に直接脂環基を有するために頑丈な構造
となり、ドライエッチング耐性に優れるという特性を示
す。2−ノルボルネンの重合単位は、例えば対応する2
−ノルボルネンの他に無水マレイン酸や無水イタコン酸
のような脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物を併用したラ
ジカル重合により主鎖へ導入し得る。したがって、2−
ノルボルネンの重合単位は、その二重結合が開いて形成
されるものであり式(VII)で表すことができる。また
脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物の重合単位である無水
マレイン酸の重合単位、無水イタコン酸の重合単位は、
それらの二重結合が開いて形成されるものであり、それ
ぞれ式(VIII)及び(IX)で表すことができる。
に独立に、水素、炭素数1〜3のアルキル、炭素数1〜
3のヒドロキシアルキル、カルボキシル、シアノ若しく
は基−COOZ(Zはアルコール残基である)を表す
か、又はR9とR10が一緒になって、-C(=O)OC(=O)- で
示されるカルボン酸無水物残基を形成することもでき
る。R9及び/又はR10がアルキルである場合の具体例
としては、メチル、エチル、プロピルなどが挙げられ、
同じくヒドロキシアルキルである場合の具体例として
は、ヒドロキシメチル、2−ヒドロキシエチルなどが挙
げられる。R9及び/又はR10が基−COOZである場
合は、カルボキシルがエステルとなったものであり、Z
に相当するアルコール残基としては、例えば、置換され
ていてもよい炭素数1〜8程度のアルキル、2−オキソ
オキソラン−3−又は−4−イルなどを挙げることがで
き、ここにアルキルの置換基としては、水酸基や脂環式
炭化水素残基などが挙げられる。そこで、R9及び/又
はR10が−COOZで示されるカルボン酸エステル残基
である場合の具体例としては、メトキシカルボニル、エ
トキシカルボニル、2−ヒドロキシエトキシカルボニ
ル、tert−ブトキシカルボニル、2−オキソオキソラン
−3−イルオキシカルボニル、2−オキソオキソラン−
4−イルオキシカルボニル、1,1,2−トリメチルプ
ロポキシカルボニル、1−シクロヘキシル−1−メチル
エトキシカルボニル、1−(4−メチルシクロヘキシ
ル)−1−メチルエトキシカルボニル、1−(1−アダ
マンチル)−1−メチルエトキシカルボニルなどが挙げ
られる。
の重合単位に導くためのモノマーとして、具体的には例
えば、次のような化合物を挙げることができる。
−1−メチルエチル、5−ノルボルネン−2−カルボン
酸1−(4−メチルシクロヘキシル)−1−メチルエチ
ル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−(4−ヒド
ロキシシクロヘキシル)−1−メチルエチル、5−ノル
ボルネン−2−カルボン酸1−メチル−1−(4−オキ
ソシクロヘキシル)エチル、5−ノルボルネン−2−カ
ルボン酸1−(1−アダマンチル)−1−メチルエチ
ル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸1−メチルシク
ロヘキシル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−メ
チル−2−アダマンチル、5−ノルボルネン−2−カル
ボン酸2−エチル−2−アダマンチル5−ノルボルネン
−2−カルボン酸2−ヒドロキシ−1−エチル、5−ノ
ルボルネン−2−メタノール、5−ノルボルネン−2,
3−ジカルボン酸無水物など。
用の放射線の種類や酸に不安定な基の種類などによって
も変動するが、一般には、酸に不安定な基を持つ重合単
位を10〜80モル%の範囲で含有するのが好ましい。
そして、酸に不安定な基として特に、式(III) で示され
る(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチル
の重合単位を用いる場合は、この単位が樹脂全体のうち
15モル%以上となるようにするのが有利である。ま
た、酸に不安定な基を持つ重合単位に加えて、酸の作用
で解裂しにくい他の重合単位、例えば、式(IV)で示さ
れる(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマン
チルの重合単位、式(V)で示されるα−(メタ)アク
リロイロキシ−γ−ブチロラクトンの重合単位、式(V
I)で示されるβ−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブ
チロラクトンの重合単位、式(VII)で示される2−ノ
ルボルネンの重合単位、脂肪族不飽和ジカルボン酸無水
物の重合単位である式(VIII)で示される無水マレイン
酸の重合単位、式(IX)で示される無水イタコン酸の重
合単位などを存在させる場合は、それらの合計が、樹脂
全体のうち20〜90モル%の範囲となるようにするの
が好ましい。
リル酸2−アルキル−2−アダマンチルの単位を含む酸
に不安定な基を持つ重合単位とともに、式(IV)で示さ
れる(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマン
チルの重合単位及び/又は式(V)で示されるα−(メ
タ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンの重合単
位、並びに式(VII)で示される2−ノルボルネンの重
合単位及び式(VIII)、(IX)で示される脂肪族不飽和
ジカルボン酸無水物の重合単位を有する共重合体とする
場合は、酸に不安定な基を持つモノマーを10〜80モ
ル%、特に式(III) の単位へ導くための(メタ)アクリ
ル酸2−アルキル−2−アダマンチルを15モル%以
上、そして式(IV)の単位へ導くための(メタ)アクリ
ル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル及び/又は式
(V)の単位へ導くためのラクトン環にアルキルが置換
していてもよいα−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブ
チロラクトン並びに式(VII)の単位に導くための2−
ノルボルネン類及び脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物の
重合単位に導くためのモノマーを合計20〜90モル%
含むモノマー混合物を共重合させるのが通常である。
尚、2−ノルボルネン類及び脂肪族不飽和ジカルボン酸
無水物を共重合モノマーとする場合には、これらは重合
しにくい傾向があるので、この点を考慮し、これらは過
剰に使用することが好ましい。酸に不安定な基を持つ重
合単位とともに式(VI)で示されるβ−(メタ)アクリ
ロイロキシ−γ−ブチロラクトンの重合単位を有する共
重合体とする場合も同様に、酸に不安定な基を持つモノ
マーを10〜80モル%、そして式(VI)の単位へ導く
ためのラクトン環にアルキルが置換していてもよいβ−
(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトンを20
〜90モル%含むモノマー混合物を共重合させるのが有
利である。
組成物においては、塩基性化合物、特に塩基性含窒素有
機化合物、例えばアミン類を、クェンチャーとして添加
することにより、露光後の引き置きに伴う酸の失活によ
る性能劣化を改良できることが知られており、本発明に
おいても、このような塩基性化合物を配合するのが好ま
しい。クェンチャーに用いられる塩基性化合物の具体的
な例としては、以下の各式で示されるようなものが挙げ
られる。
互いに独立に、水素、水酸基で置換されていてもよいア
ルキル、シクロアルキル、アリール又はアルコキシを表
し、Aはアルキレン、カルボニル又はイミノを表す。こ
こで、R11〜R15で表されるアルキル及びアルコキシ
は、炭素数1〜6程度であることができ、シクロアルキ
ルは、炭素数5〜10程度であることができ、そしてア
リールは、炭素数6〜10程度であることができる。ま
た、Aで表されるアルキレンは、炭素数1〜6程度であ
ることができ、直鎖でも分岐していてもよい。このよう
な塩基性化合物のなかでも、下式 (X)で示される2,
6−ジアルキルピリジン化合物は、レジストの経時安定
性を向上させるのに効果的である。
数1〜4のアルキルを表す。2,6−ジアルキルピリジ
ン化合物の具体例としては、2,6−ルチジン、2−エ
チル−6−メチルピリジン、2,6−ジ−tert−ブチル
ピリジンなどが挙げられる。この2,6−ジアルキルピ
リジン化合物は、単独でクェンチャーとすることができ
るほか、所望により他の塩基性化合物と組み合わせて用
いることもできる。
量を基準に、樹脂を80〜99.9重量%程度、そして
酸発生剤を0.1〜20重量%程度の範囲で含有するの
が好ましい。本発明において第一の見地から特定する組
成物のように、式(I)の脂肪族スルホニウム塩と式
(II)のトリフェニルスルホニウム塩を酸発生剤として
併用する場合、両者は通常、9:1〜1:9程度、さら
には8:2〜2:8程度の重量割合で用いるのが好まし
い。また、クェンチャーとしての塩基性化合物を用いる
場合は、レジスト組成物の全固形分量を基準に、0.0
1〜1重量%程度の範囲で含有するのが好ましい。この
組成物はまた、必要に応じて、増感剤、溶解抑止剤、他
の樹脂、界面活性剤、安定剤、染料など、各種の添加物
を少量含有することもできる。
成分が溶剤に溶解された状態でレジスト液とされ、シリ
コンウェハーなどの基体上に、スピンコーティングなど
の常法に従って塗布される。ここで用いる溶剤は、各成
分を溶解し、適当な乾燥速度を有し、溶剤が蒸発した後
に均一で平滑な塗膜を与えるものであればよく、この分
野で一般に用いられている溶剤が使用しうる。例えば、
エチルセロソルブアセテート、メチルセロソルブアセテ
ート及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセ
テートのようなグリコールエーテルエステル類、乳酸エ
チル、酢酸ブチル、酢酸アミル及びピルビン酸エチルの
ようなエステル類、アセトン、メチルイソブチルケト
ン、2−ヘプタノン及びシクロヘキサノンのようなケト
ン類、γ−ブチロラクトンのような環状エステル類など
を挙げることができる。これらの溶剤は、それぞれ単独
で、又は2種以上組み合わせて用いることができる。
には、パターニングのための露光処理が施され、次いで
脱保護基反応を促進するための加熱処理を行った後、ア
ルカリ現像液で現像される。ここで用いるアルカリ現像
液は、この分野で用いられる各種のアルカリ性水溶液で
あることができるが、一般には、テトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシドや(2−ヒドロキシエチル)トリメチ
ルアンモニウムヒドロキシド(通称コリン)の水溶液が
用いられることが多い。
に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら
限定されるものではない。例中、含有量ないし使用量を
表す%及び部は、特記ないかぎり重量基準である。また
重量平均分子量は、ポリスチレンを標準品として、ゲル
パーミェーションクロマトグラフィーにより求めた値で
ある。
ル−2−アダマンチルの合成 2−メチル−2−アダマンタノール83.1部とトリエ
チルアミン101部を仕込み、200部のメチルイソブ
チルケトンを加えて溶液とした。そこに、メタクリル酸
クロリド78.4部(2−メチル−2−アダマンタノー
ルに対して1.5モル倍)を滴下し、その後、室温で約
10時間攪拌した。濾過後、有機層を5%重炭酸ナトリ
ウム水溶液で洗浄し、続いて水洗を2回行った。有機層
を濃縮した後、減圧蒸留して、次式で示されるメタクリ
ル酸2−メチル−2−アダマンチルを得た。
ル−2−アダマンチルの合成 2−アダマンタノン31.1部にジエチルエーテル50
部を加えて溶液とし、この溶液の温度が10℃を越えな
いように維持しながら、そこにエチルリチウムを1.1
4モル/L濃度で含むジエチルエーテル溶液200mlを
滴下した。そのまま0℃で2時間攪拌した後、10℃を
越えないように維持しながらメタクリル酸クロリド2
6.2部(2−アダマンタノンに対して1.2モル倍)を
滴下した。滴下終了後、室温で12時間攪拌した。その
後、析出した無機塩を濾別し、有機層を5%重炭酸ナト
リウム水溶液で洗浄し、続いて水洗を2回行った。有機
層を濃縮した後、減圧蒸留して、次式で示されるメタク
リル酸2−エチル−2−アダマンチルを得た。
シ−γ−ブチロラクトンの合成 α−ブロモ−γ−ブチロラクトン100部とメタクリル
酸104.4部(α−ブロモ−γ−ブチロラクトンに対
して2.0モル倍)を仕込み、α−ブロモ−γ−ブチロ
ラクトンに対して3重量倍のメチルイソブチルケトンを
加えて溶液とした。そこにトリエチルアミン183.6
部(α−ブロモ−γ−ブチロラクトンに対して3.0モ
ル倍)を滴下し、その後、室温で約10時間攪拌した。
濾過後、有機層を5%重炭酸ナトリウム水溶液で洗浄
し、続いて水洗を2回行った。有機層を濃縮して、次式
で示されるα−メタクリロイロキシ−γ−ブチロラクト
ンを得た。
クリロイロキシ−γ−ブチロラクトンを5:5のモル比
(15.0部:11.7部)で仕込み、全モノマーに対し
て2重量倍のメチルイソブチルケトンを加えて、溶液と
した。そこに、開始剤としてアゾビスイソブチロニトリ
ルを全モノマー量に対して2モル%添加し、80℃で約
8時間加熱した。その後、反応液を大量のヘプタンに注
いで沈殿させる操作を3回行い、精製した。その結果、
重量平均分子量が約 10,000 の共重合体を得た。この共
重合体は、次式の各重合単位を有するものであり、これ
を樹脂A1とする。
ル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル、及びα−メタ
クリロイロキシ−γ−ブチロラクトンを、5:2.5:
2.5のモル比(20.0部:9.5部:7.3部)で仕込
んだほかは、樹脂合成例1と同様に操作した。その結
果、重量平均分子量が約 9,200の共重合体を得た。この
共重合体は、次式で示される各単位を有するものであ
り、これを樹脂A2とする。
酸1−アダマンチル−3−ヒドロキシ、ノルボルネン及
び無水マレイン酸を2:2:3:3のモル比(10.0
部:9.0部:5.7部:5.9部)で仕込み、全モノ
マーの2重量倍のメチルイソブチルケトンを加えた後、
窒素雰囲気で80℃に昇温した。そこに、開始剤として
アゾビスイソブチロニトリルを全モノマー量に対して3
モル%添加し、80℃で約15時間加熱した。その後、
反応液を大量のメタノールに注いで沈殿させる操作を3
回行って、重量平均分子量が約 12160、分散が
1.90の共重合体(17.1部)を得た。この共重合体
は、次式で示される各単位を有するものであり、これを
樹脂A3とする。
(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム パーフル
オロブタンスルホネートの合成 四つ口フラスコに2−(シクロヘキシルチオ)シクロヘ
キサノン3.2部とニトロメタン10.0部を仕込み、1
5℃まで冷却した。そこに沃化メチル19.2部を仕込
み、同温度で2時間撹拌した。次いで、パーフルオロブ
タンスルホン酸銀6.10部をニトロメタン200部に
溶解したものを徐々に滴下して加えた。同温度で6時間
攪拌した後、析出した沃化銀を濾別し、この沃化銀をニ
トロメタン32部で洗浄した。濾液と洗液を一緒にして
8.4部まで濃縮し、ジエチルエーテル260部中に加
えた。析出した結晶を濾過し、ジエチルエーテル30部
で洗浄し、目的物を1.35部得た。収率17.1%。こ
の化合物が次式で示されるシクロヘキシルメチル(2−
オキソシクロヘキシル)スルホニウム パーフルオロブ
タンスルホネートであることを、 1H−NMR(日本電
子製“GX-270”)で確認した。
ラン):δ(ppm)1.15-2.32 (m, 15H); 2.52-2.83 (m,
3H);2.83 (s, 1.5H); 2.96 (s, 1.5H);3.57 (tt, 0.5
H); 3.85 (tt, 0.5H);5.36(dd, 0.5H); 5.50 (dd, 0.5
H).
(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウム パーフル
オロオクタンスルホネートの合成 四つ口フラスコに、2−(シクロヘキシルチオ)シクロ
ヘキサノン4.25部とニトロメタン13.0部を仕込
み、15℃まで冷却した。 そこに沃化メチル25.5
部を仕込み、同温度で2時間撹拌した。次いで、パーフ
ルオロオクタンスルホン酸銀12.14部をニトロメタ
ン750部に溶解させたものを徐々に滴下して加えた。
同温度で18時間攪拌した後、析出した沃化銀を濾別
し、この沃化銀をニトロメタン40部で洗浄した。濾液
と洗液を一緒にして15.1部まで濃縮し、ジエチルエ
ーテル600部中に加えた。析出した結晶を濾過し、ジ
エチルエーテル50部で洗浄し、目的物を6.22部得
た。収率42.8%。この化合物が次式で示されるシク
ロヘキシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホ
ニウム パーフルオロオクタンスルホネートであること
を、 1H−NMRで確認した。
トラメチルシラン):δ(ppm)1.15-2.32 (m, 15H);
2.52-2.83 (m, 3H);2.83 (s, 1.5H); 2.95 (s, 1.5H);
3.58 (tt, 0.5H); 3.86 (tt, 0.5H);5.38 (dd, 0.5H);
5.51 (dd, 0.5H).
フェニルスルホニウム パーフルオロオクタンスルホネ
ートの合成 四つ口フラスコに、ジフェニルスルホキシド8.0部と
トルエン80.0部を仕込み、2℃まで冷却した。次い
で、トリフルオロ酢酸無水物16.6部とパーフルオロ
オクタンスルホン酸19.8部を仕込み、同温度で30
分間撹拌した。静置後、下層を濃縮し、クロロホルム3
40部で希釈した。得られたクロロホルム溶液をイオン
交換水85部で6回洗浄した後、濃縮して、4−メチル
フェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロオクタ
ンスルホネート27.7部を得た。
用いてレジスト組成物を調製し、評価した例を示す。
−オキソシクロヘキシル)スルホニウム パーフルオロ
メタンスルホネート(みどり化学社製“CMS-105”) 酸発生剤B2: シクロヘキシルメチル(2−オキソシク
ロヘキシル)スルホニウム パーフルオロブタンスルホ
ネート(酸発生剤合成例1による生成物) 酸発生剤B3: シクロヘキシルメチル(2−オキソシク
ロヘキシル)スルホニウム パーフルオロオクタンスル
ホネート(酸発生剤合成例2による生成物) 酸発生剤C1: 4−メチルフェニルジフェニルスルホニ
ウム パーフルオロオクタンスルホネート(酸発生剤合
成例3による生成物) 酸発生剤C2: 4−メチルフェニルジフェニルスルホニ
ウム パーフルオロメタンスルホネート(みどり化学社
製“MDS-205”)
素樹脂製フィルターで濾過してレジスト液を調製した。
℃、60秒の条件でベークして厚さ1,600Åの有機
反射防止膜を形成させたシリコンウェハーに、上記のレ
ジスト液を乾燥後の膜厚が0.39μmとなるようにスピ
ンコートした。レジスト液塗布後は、ダイレクトホット
プレート上にて100℃で60秒間プリベークした。こ
うしてレジスト膜を形成したウェハーに、ArFエキシ
マ露光機〔(株)ニコン製の“NSR ArF”、NA=0.55、σ=
0.6〕を用い、露光量を段階的に変化させてラインアン
ドスペースパターンを露光した。露光後は、ホットプレ
ート上にて115℃で60秒間ポストエキスポジャーベ
ークを行い、さらに2.38%テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド水溶液で60秒間のパドル現像を行っ
た。現像後のパターンを走査型電子顕微鏡で観察し、実
効感度及び解像度を以下の方法で調べたところ、実効感
度は22mJ/cm2 、解像度は0.16μmであった。
ペースパターンが1:1となる最少露光量で表示した。
インアンドスペースパターンの最小寸法で表示した。
ジスト液を塗布して、上記と同様の条件でプリベークを
行った後の膜厚が0.39μmとなるようにレジスト膜を
形成させ、このレジスト膜の193nmにおける透過率を
分光光度計で測定した。その結果、透過率は62%であ
った。以上のとおり、このレジストは、高い透過率を示
すとともに、感度及び解像度も良好であった。
らに孔径0.2μmのフッ素樹脂製フィルターで濾過して
レジスト液を調製した。
℃、60秒の条件でベークして厚さ1,600Åの有機
反射防止膜を形成させたシリコンウェハーに、上記のレ
ジスト液を乾燥後の膜厚が0.39μmとなるようにスピ
ンコートした。レジスト液塗布後は、ダイレクトホット
プレート上にて120℃で60秒間プリベークした。こ
うしてレジスト膜を形成したウェハーに、実施例1と同
様にしてラインアンドスペースパターンを露光した。露
光後は、ホットプレート上にて120℃で60秒間ポス
トエキスポジャーベークを行い、さらに2.38%テト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間の
パドル現像を行った。現像後のパターンを走査型電子顕
微鏡で観察し、実効感度及び解像度を実施例1と同様の
方法で調べた。尚、実施例7においては、“DUV-30”の
代わりに“DUV-30J”を用い、ベーク温度は115℃で実施
した。また、石英ガラスウェハー上に、上記のレジスト
液を塗布して、上記と同様の条件でプリベークを行った
後の膜厚が0.39μmとなるようにレジスト膜を形成さ
せ、このレジスト膜の193nmにおける透過率を測定し
た。これらの結果をまとめて表1に示した。
なように、同程度の透過率で比較すると、実施例のレジ
ストは、感度及び解像度に優れている。また、シクロヘ
キシルメチル(2−オキソシクロヘキシル)スルホニウ
ム パーフルオロブタンスルホネートを単独で酸発生剤
とした実施例2のレジストは、当該酸発生剤の量が多く
なっても、193nmにおける透過率が高く、したがっ
て、露光に用いるArFエキシマレーザー光を吸収しに
くいため、プロファイルの改良に有効であることがわか
る。
ー(塩基性基板)を常法によりヘキサメチルジシラザン
で表面処理した後、このウェハーに、実施例3及び5で
調製した各レジスト液を、それぞれの実施例と同様の方
法で乾燥後の膜厚が0.5μmとなるように塗布してレジ
スト膜を形成し、パターニングした後、パターンの断面
形状を走査型電子顕微鏡で観察して基板依存性を評価し
た。その結果、これらのパターンはいずれも裾引きのな
い良好なプロファイルを示した。
メチルフェニルジフェニルスルホニウム パーフルオロ
メタンスルホネートを酸発生剤とした比較例のレジスト
に比べて解像度が改良され、低反射率基板に適用した場
合でも、良好なプロファイルを与える。さらに、これら
の実施例で調製したレジストは、塩基性基板での裾引き
プロファイルも起こしにくい。
素樹脂製フィルターで濾過してレジスト液を調製した。
−アダマンチルとβ−メタクリロイロキシ−γ−ブチロ
ラクトンとのモル比47.7/52.3の共重合体であっ
て、重量平均分子量約 8,400の樹脂。
ジスト液については、それらを二分して、一方は60℃
で24時間保存した後1時間かけて23℃に戻し、もう
一方はその間23℃で保存した。そして、それぞれのレ
ジスト液について以下の試験を行った。なお、実施例1
1のレジスト液は、そのまま以下の試験に供した。
℃、60秒の条件でベークして厚さ1,600Åの有機
反射防止膜を形成させたシリコンウェハーに、上記のレ
ジスト液を乾燥後の膜厚が0.39μmとなるようにスピ
ンコートした。レジスト液塗布後は、ダイレクトホット
プレート上にて110℃で60秒間プリベークした。こ
うしてレジスト膜を形成したウェハーに、実施例1と同
様にしてラインアンドスペースパターンを露光した。露
光後は、ホットプレート上にて115℃で60秒間ポス
トエキスポジャーベークを行い、さらに2.38%テト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間の
パドル現像を行った。現像後のパターンを走査型電子顕
微鏡で観察し、実効感度及び解像度を実施例1と同様の
方法で調べた。また、石英ガラスウェハー上に、上記の
レジスト液を塗布して、上記と同様の条件でプリベーク
を行った後の膜厚が0.39μmとなるようにレジスト膜
を形成させ、このレジスト膜の193nmにおける透過率
を測定した。これらの結果をまとめて表2に示した。
9〜11のレジストは、感度、解像度及び透過率とも良
好である。特に、クェンチャーとして2,6−ルチジン
を用いた実施例10では、60℃で24時間の経時変化
加速試験後においても、感度及び透過率の変化が小さ
く、経時安定性が向上している。また、樹脂A4を用いた
実施例11のレジストは、さらに感度が早く、193nm
における透過率が高い。
たレジスト組成物は、解像度が良好であり、また、22
0nm以下の波長の光、例えば、ArFエキシマレーザー
光を用いた露光などにおいて、塩基性基板や低反射率基
板に適用した場合でも、良好なプロファイルを与え、基
板依存性が小さいという効果を奏する。
Claims (16)
- 【請求項1】下式(I) (式中、Q1はアルキルを表し、Q2はアルキル又は脂環
式炭化水素残基を表し、mは1〜8の整数を表す)で示
される脂肪族スルホニウム塩と、下式(IIa)で示され
るトリフェニルスルホニユム塩及び下式(IIb)で示さ
れるジフェニルヨードニユム塩 (式中、Q3 、Q4、Q5、Q6 及びQ7 は互いに独立
に、水素、水酸基、炭素数1〜6のアルキル又は炭素数
1〜6のアルコキシを表し、q及びpは4〜8の整数を
表す)から選ばれる少なくとも1種のオニウム塩とを含
む酸発生剤並びに、酸に不安定な基を持つ重合単位を有
し、それ自身はアルカリに不溶又は難溶であるが、酸の
作用でアルカリに可溶となる樹脂を含有することを特徴
とする化学増幅型ポジ型レジスト組成物。 - 【請求項2】式(I)中のmが4〜8の整数である請求
項1記載の組成物。 - 【請求項3】式(I)の脂肪族スルホニウム塩と、式
(IIa)のトリフェニルスルホニウム塩及び式(IIb)の
ジフェニルヨードニユム塩とから選ばれるオニウム塩
が、9:1〜1:9の重量割合で存在する請求項1又は
2記載の組成物。 - 【請求項4】下式(Ia) (式中、Q1はアルキルを表し、Q2はアルキル又は脂環
式炭化水素残基を表し、nは4〜8の整数を表す)で示
される脂肪族スルホニウム塩を含む酸発生剤及び、酸に
不安定な基を持つ重合単位を有し、それ自身はアルカリ
に不溶又は難溶であるが、酸の作用でアルカリに可溶と
なる樹脂を含有することを特徴とする化学増幅型ポジ型
レジスト組成物。 - 【請求項5】樹脂中の酸に不安定な基を持つ重合単位の
含有率が、10〜80モル%である請求項1〜4のいず
れかに記載の組成物。 - 【請求項6】酸に不安定な基を持つ重合単位が、(メ
タ)アクリル酸2−アルキル−2−アダマンチルの重合
単位である請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。 - 【請求項7】(メタ)アクリル酸2−アルキル−2−ア
ダマンチルが、メタクリル酸−2−メチル−2−アダマ
ンチル及びメタクリル酸−2−エチル−2−アダマンチ
ルから選ばれる請求項6記載の組成物。 - 【請求項8】該樹脂がさらに、(メタ)アクリル酸3−
ヒドロキシ−1−アダマンチルの重合単位及びラクトン
環がアルキルで置換されていてもよい(メタ)アクリロ
イロキシ−γ−ブチロラクトンの重合単位から選ばれる
単位を有する請求項1〜7のいずれかに記載の組成物。 - 【請求項9】該樹脂が実質的に、酸に不安定な基を持つ
重合単位並びに、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−
1−アダマンチルの重合単位及びラクトン環がアルキル
で置換されていてもよい(メタ)アクリロイロキシ−γ
−ブチロラクトンの重合単位から選ばれる単位からなる
二元共重合体である請求項8記載の組成物。 - 【請求項10】該樹脂が、酸に不安定な基を持つ重合単
位、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマン
チルの重合単位及びラクトン環がアルキルで置換されて
いてもよい(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラク
トンの重合単位を含む少なくとも三元の共重合体である
請求項8記載の組成物。 - 【請求項11】ラクトン環がアルキルで置換されていて
もよい(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラクトン
の重合単位が、ラクトン環がアルキルで置換されていて
もよいα−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロラク
トンの重合単位及びラクトン環がアルキルで置換されて
いてもよいβ−(メタ)アクリロイロキシ−γ−ブチロ
ラクトンの重合単位から選ばれる少なくとも1種である
請求項8〜10のいずれかに記載の組成物。 - 【請求項12】該樹脂がさらに、2−ノルボルネンの重
合単位と脂肪族不飽和ジカルボン酸無水物の重合単位と
を有する請求項8記載の組成物。 - 【請求項13】さらに、アミン類をクェンチャーとして
含有する請求項1〜12のいずれかに記載の組成物。 - 【請求項14】アミン類が、下式 (X) (式中、R21及びR22は互いに独立に、炭素数1〜4の
アルキルを表す)で示される2,6−ジアルキルピリジ
ン化合物を含有する請求項13記載の組成物。 - 【請求項15】下式(Ia) (式中、Q1はアルキルを表し、Q2はアルキル又は脂環
式炭化水素残基を表し、nは4〜8の整数を表す)で示
されるスルホニウム塩。 - 【請求項16】Q2 がシクロアルキルである請求項15
記載のスルホニウム塩。
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