WO2012169620A1 - 溶剤現像ネガ型レジスト組成物、レジストパターン形成方法、ブロックコポリマーを含む層のパターン形成方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solvent-developed negative resist composition, a resist pattern forming method, and a pattern forming method for a layer containing a block copolymer.
- a technique (pattern formation technique) in which a fine pattern is formed on a substrate and etching is performed using this as a mask to process a lower layer of the pattern is widely employed in the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal display elements.
- the fine pattern is usually made of an organic material, and is formed by a technique such as a lithography method or a nanoimprint method.
- a lithography method a resist film is formed on a support such as a substrate using a resist material containing a base material component such as a resin, and the resist film is selected by radiation such as light or an electron beam.
- a step of forming a resist pattern having a predetermined shape on the resist film is performed by performing a general exposure and developing.
- a semiconductor element etc. are manufactured through the process of processing a board
- the resist material is classified into a positive type and a negative type.
- a resist material whose solubility in an exposed portion of a developer increases is called a positive type
- a resist material whose solubility in an exposed portion of a developer decreases is called a negative type.
- an alkali aqueous solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution is usually used (hereinafter, a process using an alkali developer may be referred to as an “alkali development process”).
- the exposure light source is generally shortened in wavelength (increased energy).
- ultraviolet rays typified by g-line and i-line have been used, but at present, mass production of semiconductor elements using a KrF excimer laser or an ArF excimer laser has started. Further, studies have been made on EB (electron beam), EUV (extreme ultraviolet), X-rays, and the like having shorter wavelengths (higher energy) than these excimer lasers.
- a chemically amplified resist is known as a resist material that satisfies such requirements.
- a composition containing a base material component whose solubility in a developing solution is changed by the action of an acid and an acid generator component that generates an acid upon exposure is generally used.
- the developer is an alkali developer (alkaline development process)
- a substrate component that has increased solubility in an alkali developer due to the action of an acid is used.
- a resin is mainly used as a base component of a chemically amplified resist composition.
- a base resin of a chemically amplified resist composition used in ArF excimer laser lithography and the like it has a structural unit derived from (meth) acrylic acid ester in the main chain because of its excellent transparency near 193 nm.
- Resin (acrylic resin) is the mainstream.
- (meth) acrylic acid means one or both of acrylic acid having a hydrogen atom bonded to the ⁇ -position and methacrylic acid having a methyl group bonded to the ⁇ -position.
- (Meth) acrylic acid ester means one or both of an acrylic acid ester having a hydrogen atom bonded to the ⁇ -position and a methacrylic acid ester having a methyl group bonded to the ⁇ -position.
- (Meth) acrylate means one or both of an acrylate having a hydrogen atom bonded to the ⁇ -position and a methacrylate having a methyl group bonded to the ⁇ -position.
- the base resin generally contains a plurality of structural units in order to improve lithography properties and the like.
- a structural unit having an acid-decomposable group that decomposes by the action of an acid generated from an acid generator to generate an alkali-soluble group a structural unit having a lactone structure, a structural unit having a polar group such as a hydroxyl group, etc. are used.
- the base resin is an acrylic resin
- the acid-decomposable group generally, a carboxy group in (meth) acrylic acid or the like is protected with an acid-dissociable group such as a tertiary alkyl group or an acetal group Is used.
- a positive chemically amplified resist composition that is, a chemically amplified resist composition whose solubility in an alkaline developer increases upon exposure and an alkaline developer, is combined as described above.
- the exposed portion is dissolved and removed with an alkali developer to form a resist pattern.
- the positive development process has a sufficient contrast for image formation, which can simplify the structure of the photomask, as compared to a negative development process combining a negative chemically amplified resist composition and an alkaline developer.
- advantages such as easy to obtain and excellent characteristics of the pattern to be formed. Therefore, at present, a positive development process tends to be used to form a fine resist pattern.
- the negative type chemically amplified resist composition that is, the negative type developing process in which the chemically amplified resist composition whose solubility in an alkaline developer is reduced by exposure and the alkaline developer is the positive developing process.
- a process in which the positive chemically amplified resist composition and a developer containing an organic solvent (hereinafter sometimes referred to as “organic developer”) are combined.
- a process using a system developer is sometimes called a “solvent development process” or a “solvent development negative process”).
- the positive chemically amplified resist composition increases the solubility in an alkaline developer by exposure, but at this time, the solubility in an organic solvent is relatively decreased. Therefore, in the solvent development negative process, the unexposed portion of the resist film is dissolved and removed by an organic developer to form a resist pattern (see, for example, Patent Document 2).
- resist materials are desired to further improve various lithography characteristics such as LWR and resist pattern shapes.
- lithography characteristics such as LWR and resist pattern shapes.
- a pattern having a high contrast in the trench pattern or the hole pattern can be obtained. Therefore, in the solvent development process, a mask (Bright mask) having many radiation transmitting portions is frequently used at the time of exposure.
- the bright mask is used, a large amount of acid is generated from the photoacid generator in the exposed area, so that the deterioration of lithography characteristics and pattern shape due to a part of the acid affecting the unexposed area is a problem. It has become.
- the resist pattern is required to have solvent resistance and heat resistance. From the viewpoint of solvent resistance, there is a demand for a resist composition that has little film loss due to the developer at the pattern portion when the resist pattern is formed.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and in a solvent developing negative type process using a developer containing an organic solvent, a resist pattern having excellent lithography characteristics and pattern shape and less film loss is formed.
- An object of the present invention is to provide a resist pattern forming method that can be used, and a solvent-developed negative resist composition used in the resist pattern forming method.
- the present invention employs the following configuration. That is, one embodiment of the present invention uses a resist composition containing a base component (A) whose solubility in an organic solvent is reduced by the action of an acid and an acid generator component (B) that generates an acid upon exposure. Forming a resist film on the support, exposing the resist film, and patterning the resist film by negative development using a developer containing the organic solvent to form a resist pattern. A base material component (A) whose polarity is increased by the action of an acid and whose solubility in a developer containing an organic solvent is reduced, and an acid upon exposure.
- a base material component (A) whose polarity is increased by the action of an acid and whose solubility in a developer containing an organic solvent is reduced, and an acid upon exposure.
- the base material component (A) contains a 4- to 12-membered lactone-containing cyclic group, and the hydrogen atom bonded to the ⁇ -position carbon atom is substituted.
- a hydrogen atom bonded to the ⁇ -position carbon atom which contains at least one structural unit (a2) selected from the group consisting of derived structural units and an acid-decomposable group whose polarity is increased by the action of an acid;
- the step of forming a resist film on a substrate using the solvent-developed negative resist composition of the first aspect the step of exposing the resist film, and the resist film, And a step of forming a resist pattern by developing using a developer containing an organic solvent.
- the third aspect of the present invention comprises a step of applying a base agent on a substrate and forming a layer comprising the base agent, and comprising the base agent using the solvent development negative resist composition of the first aspect.
- a step of forming a resist film on the surface of the layer, a step of exposing the resist film, a step of developing the resist film using a developer containing the organic solvent to form a resist pattern, and a plurality of types of polymers bonded together Forming a layer containing a block copolymer on the surface of the base material having the resist pattern and then phase-separating the layer containing the block copolymer; among the layers containing the block copolymer, the block copolymer
- aliphatic is a relative concept with respect to aromatics, and is defined to mean groups, compounds, etc. that do not have aromaticity.
- the “alkyl group” includes linear, branched and cyclic monovalent saturated hydrocarbon groups.
- the “alkylene group” includes linear, branched, and cyclic divalent saturated hydrocarbon groups unless otherwise specified. The same applies to the alkyl group in the alkoxy group.
- halogenated alkyl group is a group in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with a halogen atom, and examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
- fluorinated alkyl group or fluorinated alkylene group refers to a group in which part or all of the hydrogen atoms of an alkyl group or alkylene group are substituted with fluorine atoms.
- Structural unit means a monomer unit (monomer unit) constituting a polymer compound (resin, polymer, copolymer).
- “Acrylic acid ester” is a compound in which the hydrogen atom at the terminal of the carboxy group of acrylic acid (CH 2 ⁇ CH—COOH) is substituted with an organic group.
- “A structural unit derived from an acrylate ester” means a structural unit formed by cleavage of an ethylenic double bond of an acrylate ester.
- the substituent is a halogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogen atom having 1 to 5 carbon atoms. Alkyl group, hydroxyalkyl group and the like.
- the ⁇ -position ( ⁇ -position carbon atom) of a structural unit derived from an acrylate ester means a carbon atom to which a carbonyl group is bonded, unless otherwise specified.
- the halogen atom in the substituent which may be bonded to the ⁇ -position carbon atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
- alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in the substituent which may be bonded to the ⁇ -position carbon atom include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, Examples thereof include linear or branched alkyl groups such as a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, and a neopentyl group.
- halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in the substituent a part or all of the hydrogen atoms of the above-mentioned “alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in the substituent” are halogen atoms. And a group substituted with.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is particularly preferable.
- hydroxyalkyl group in the substituent include groups in which part or all of the hydrogen atoms in the above-mentioned “alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in the substituent” are substituted with a hydroxy group.
- those bonded to the ⁇ -position carbon atom are preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- a C 1-5 alkyl group or a C 1-5 fluorinated alkyl group is more preferable, and a hydrogen atom or a methyl group is most preferable in terms of industrial availability.
- (Meth) acrylic acid ester means one or both of an acrylic acid ester having a hydrogen atom bonded to the ⁇ -position and a methacrylic acid ester having a methyl group bonded to the ⁇ -position.
- Styrene is a concept including those in which the hydrogen atom at the ⁇ -position of styrene and styrene is substituted with another substituent such as an alkyl group or a halogenated alkyl group.
- “Structural unit derived from styrene” and “structural unit derived from styrene derivative” mean a structural unit formed by cleavage of an ethylenic double bond of styrene or a styrene derivative. “Exposure” is a concept including general irradiation of radiation.
- a solvent-developed negative resist composition having excellent lithography characteristics and pattern shape and little film loss, a resist pattern forming method using the solvent-developed negative resist composition, and the solvent-developed negative resist A method of patterning a layer comprising a block copolymer using the composition can be provided.
- the solvent-developed negative resist composition of the first aspect of the present invention is a base material component (A) whose solubility in organic solvents is reduced by the action of an acid. (Hereinafter referred to as “component (A)”) and an acid generator component (B) (hereinafter referred to as “component (B)”) that generates an acid upon exposure,
- a resist pattern is formed by patterning a resist film on a support using the composition, exposing the resist film, and negative resist development using a developer containing the organic solvent. Is used in a resist pattern forming method.
- the “base material component” means an organic compound having a film forming ability.
- an organic compound having a molecular weight of 500 or more is usually used. When the molecular weight is 500 or more, it has a sufficient film forming ability and can easily form a nano-level resist pattern.
- Organic compounds having a molecular weight of 500 or more are roughly classified into non-polymers and polymers. As the non-polymer, those having a molecular weight of 500 or more and less than 4000 are usually used.
- the “low molecular compound” refers to a non-polymer having a molecular weight of 500 or more and less than 4000.
- polymer compound refers to a polymer having a molecular weight of 1000 or more.
- the “molecular weight” is a polystyrene-equivalent mass average molecular weight measured by GPC (gel permeation chromatography).
- the component (A) includes at least a 4- to 12-membered lactone-containing cyclic group, and an acrylic ester in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom at the ⁇ -position may be substituted with a substituent.
- the structural unit (a1) a resin component (A1) having a (hereinafter, referred to. "Component (A1)") that contains a.
- the component (A1) of the present invention when an acid is generated from the component (B) by exposure, a part of the bond of the acid-decomposable group in the structural unit (a1) is cleaved as described later, so The polarity of the component (A1) increases. This reduces the solubility in the organic developer containing the organic solvent in the exposed area, while maintaining the high solubility in the unexposed area without changing the solubility in the organic developer.
- a pattern can be formed by dissolution contrast between the exposed portion and the exposed portion.
- the component (A1) of the present invention when an acid is generated from the component (B) by exposure, together with the increase in polarity, the lactone-containing cyclic group, the ether-containing cyclic group in the structural unit (a2), or The carbonate-containing cyclic group is cleaved and polymerized with each other, and as a result, the molecular weight of the component (A1) in the exposed area can be increased.
- the solubility in an organic developer decreases due to the increase in molecular weight in the exposed area, while in the unexposed area.
- the polymerized (A1) component becomes a pattern portion that is superior in heat resistance and solvent resistance as compared to the non-polymerized (A1) component.
- the resist composition of the present invention is a solvent-developed negative resist composition.
- the resist composition is used for alkali development, by increasing the polarity of the structural unit (a1) due to the action of an acid, While the solubility in the alkaline developer in the exposed area increases, the solubility in the alkaline developer in the unexposed area remains unchanged and maintains low solubility.
- the solubility in the alkaline developer in the exposed area decreases, while the solubility in the alkaline developer in the unexposed area does not change and maintains low solubility. Will remain.
- the change in the solubility of the exposed portion depends on the degree of action of the solubility increase by the structural unit (a1) and the solubility decrease by the structural unit (a2). It can vary depending on the situation.
- the main controlling factor of the solubility is generally the molecular weight, it is considered that the solubility often decreases even in the exposed area. Therefore, if the resist composition of the present invention is used for alkali development, it is considered that a dissolution contrast cannot be obtained and a pattern cannot be formed.
- the component (A1) further includes a —SO 2 — containing cyclic group, wherein a hydrogen atom bonded to the carbon atom at the ⁇ -position is substituted with a substituent. It may have a structural unit (a0) derived from a good acrylate ester.
- the component (A1) further contains a polar group-containing aliphatic hydrocarbon group, A hydrogen atom bonded to the ⁇ -position carbon atom may have a structural unit (a3) derived from an acrylate ester which may be substituted with a substituent.
- the structural unit (a1) includes an acid-decomposable group that increases in polarity by the action of an acid, and is derived from an acrylate ester in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom at the ⁇ -position may be substituted with a substituent.
- the “acid-decomposable group” is an acid-decomposable group capable of cleaving at least part of the bonds in the structure of the acid-decomposable group by the action of an acid generated from the component (B) upon exposure.
- Examples of the acid-decomposable group whose polarity increases by the action of an acid include a group that decomposes by the action of an acid to generate a polar group.
- Examples of the polar group include a carboxy group, a hydroxyl group, an amino group, a sulfo group (—SO 3 H), and the like.
- a polar group containing —OH in the structure (hereinafter sometimes referred to as OH-containing polar group) is preferable, a carboxy group or a hydroxyl group is preferable, and a carboxy group is particularly preferable.
- examples of the acid-decomposable group include a group in which the polar group is protected with an acid-dissociable group (for example, a group in which a hydrogen atom of an OH-containing polar group is protected with an acid-dissociable group).
- the “acid-dissociable group” means that at least a bond between the acid-dissociable group and an atom adjacent to the acid-dissociable group is cleaved by the action of an acid (acid generated from the component (B) by exposure). It is a group having acid dissociation properties.
- the acid-dissociable group constituting the acid-decomposable group must be a group having a lower polarity than the polar group generated by dissociation of the acid-dissociable group. Is dissociated, a polar group having a polarity higher than that of the acid dissociable group is generated to increase the polarity. As a result, the polarity of the entire component (A1) increases. And the solubility with respect to the organic developing solution containing the organic solvent reduces by increasing a polarity.
- acid dissociable group in the structural unit (a1) those that have been proposed as acid dissociable groups in the base resin for chemically amplified resists can be used.
- a group that forms a cyclic or chain tertiary alkyl ester with a carboxy group in (meth) acrylic acid or the like; an acetal-type acid-dissociable group such as an alkoxyalkyl group is widely known.
- the “tertiary alkyl ester” is an ester formed by replacing a hydrogen atom of a carboxy group with a chain or cyclic alkyl group, and the carbonyloxy group (—C ( ⁇ O ) A structure in which the tertiary carbon atom of the chain or cyclic alkyl group is bonded to the terminal oxygen atom of —O—.
- a bond is cut between an oxygen atom and a tertiary carbon atom to form a carboxy group, thereby increasing the polarity of the component (A1).
- the chain or cyclic alkyl group may have a substituent.
- a group that is acid dissociable by constituting a carboxy group and a tertiary alkyl ester is referred to as a “tertiary alkyl ester type acid dissociable group” for convenience.
- the tertiary alkyl ester type acid dissociable group include an aliphatic branched acid dissociable group and an acid dissociable group containing an aliphatic cyclic group.
- aliphatic branched in the claims and the specification means having a branched structure having no aromaticity.
- the structure of the “aliphatic branched acid dissociable group” is not limited to a group consisting of carbon and hydrogen (hydrocarbon group), but is preferably a hydrocarbon group.
- the “hydrocarbon group” may be either saturated or unsaturated, but is usually preferably saturated.
- a tertiary alkyl group having 4 to 8 carbon atoms is preferable, and specific examples include a tert-butyl group, a tert-pentyl group, and a tert-heptyl group.
- the “aliphatic cyclic group” means a monocyclic group or a polycyclic group having no aromaticity.
- the “aliphatic cyclic group” in the structural unit (a1) may or may not have a substituent.
- the basic ring structure excluding the substituent of the “aliphatic cyclic group” is not limited to a group consisting of carbon and hydrogen (hydrocarbon group), but is preferably a hydrocarbon group.
- the “hydrocarbon group” may be either saturated or unsaturated, but is usually preferably saturated.
- the “aliphatic cyclic group” is preferably a polycyclic group. Examples of the aliphatic cyclic group include monocycloalkane, bicycloalkane, tricyclo which may or may not be substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluorine atom or a fluorinated alkyl group.
- Examples thereof include groups in which one or more hydrogen atoms have been removed from a polycycloalkane such as an alkane or tetracycloalkane. More specific examples include monocycloalkanes such as cyclopentane and cyclohexane, and groups obtained by removing one or more hydrogen atoms from polycycloalkanes such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, and tetracyclododecane. .
- the acid dissociable group containing an aliphatic cyclic group examples include a group having a tertiary carbon atom on the ring skeleton of a cyclic alkyl group.
- the acid dissociable group includes a general formula (1- Examples thereof include 2-methyl-2-adamantyl group and 2-ethyl-2-adamantyl group such as those represented by 1) to (1-9).
- Examples of the aliphatic branched acid dissociable group include adamantyl group, cyclohexyl group, cyclopentyl group, norbornyl group, tricyclodecyl group as shown in the following general formulas (2-1) to (2-6).
- a group having an aliphatic cyclic group such as a tetracyclododecyl group and a branched alkylene group having a tertiary carbon atom bonded thereto.
- R 14 represents an alkyl group, and g represents an integer of 0 to 8.
- R 15 and R 16 each independently represents an alkyl group (which may be linear or branched, and preferably has 1 to 5 carbon atoms). ]
- the alkyl group for R 14 is preferably a linear or branched alkyl group.
- the linear alkyl group preferably has 1 to 5 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms, and still more preferably 1 or 2. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, and an n-pentyl group. Among these, a methyl group, an ethyl group or an n-butyl group is preferable, and a methyl group or an ethyl group is more preferable.
- the branched alkyl group preferably has 3 to 10 carbon atoms, and more preferably 3 to 5 carbon atoms.
- g is preferably an integer of 0 to 3, more preferably an integer of 1 to 3, and still more preferably 1 or 2.
- the alkyl group for R 15 to R 16 include the same alkyl groups as those for R 14 .
- part of the carbon atoms constituting the ring is substituted with an etheric oxygen atom (—O—). May be.
- a hydrogen atom bonded to a carbon atom constituting the ring may be substituted with a substituent.
- substituents include an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluorine atom, and a fluorinated alkyl group.
- the “acetal-type acid dissociable group” is generally bonded to an oxygen atom by substituting a hydrogen atom at the terminal of an OH-containing polar group such as a carboxy group or a hydroxyl group.
- an acid When an acid is generated by exposure, the acid acts to break the bond between the acetal type acid dissociable group and the oxygen atom to which the acetal type acid dissociable group is bonded.
- the polarity of the component (A1) is increased.
- Examples of the acetal type acid dissociable group include a group represented by the following general formula (p1).
- R 1 ′ and R 2 ′ each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, n represents an integer of 0 to 3 and Y 1 represents an alkyl having 1 to 5 carbon atoms. Represents a group or an aliphatic cyclic group.
- n is preferably an integer of 0 to 2, more preferably 0 or 1, and most preferably 0.
- alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R 1 ′ and R 2 ′ include those similar to the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in the substituent which may be bonded to the ⁇ -position carbon atom.
- a methyl group or an ethyl group is preferred, and a methyl group is most preferred.
- Examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms for Y 1 include those similar to the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in the substituent which may be bonded to the ⁇ -position carbon atom.
- the aliphatic cyclic group for Y 1 can be appropriately selected from monocyclic or polycyclic aliphatic cyclic groups that have been proposed in a number of conventional ArF resists. Examples similar to the “cyclic group” can be mentioned.
- examples of the acetal type acid dissociable group include a group represented by the following general formula (p2).
- R 17 and R 18 each independently represent a linear or branched alkyl group or a hydrogen atom
- R 19 represents a linear, branched or cyclic alkyl group.
- R 17 and R 19 may be each independently a linear or branched alkylene group, and the end of R 17 and the end of R 19 may be bonded to form a ring.
- the alkyl group preferably has 1 to 15 carbon atoms, may be linear or branched, and is preferably an ethyl group or a methyl group, and most preferably a methyl group. In particular, it is preferable that one of R 17 and R 18 is a hydrogen atom and the other is a methyl group.
- R 19 is a linear, branched or cyclic alkyl group, preferably having 1 to 15 carbon atoms, and may be any of linear, branched or cyclic. When R 19 is linear or branched, it preferably has 1 to 5 carbon atoms, more preferably an ethyl group or a methyl group, and most preferably an ethyl group.
- R 19 When R 19 is cyclic, it preferably has 4 to 15 carbon atoms, more preferably 4 to 12 carbon atoms, and most preferably 5 to 10 carbon atoms.
- one or more polycycloalkanes such as monocycloalkane, bicycloalkane, tricycloalkane, and tetracycloalkane, which may or may not be substituted with a fluorine atom or a fluorinated alkyl group, are included. Examples include a group excluding a hydrogen atom.
- R 17 and R 19 are each independently a linear or branched alkylene group (preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms), and the end of R 19 and R 17 The terminal may be bonded.
- a cyclic group is formed by R 17 , R 19 , the oxygen atom to which R 19 is bonded, and the carbon atom to which the oxygen atom and R 17 are bonded.
- the cyclic group is preferably a 4- to 7-membered ring, and more preferably a 4- to 6-membered ring.
- Specific examples of the cyclic group include a tetrahydropyranyl group and a tetrahydrofuranyl group.
- the structural unit (a1) is one or more selected from the group consisting of structural units represented by the following general formula (a1-0-1) and structural units represented by the following general formula (a1-0-2) Is preferably used.
- R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- X 1 represents an acid dissociable group
- R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- X 2 represents an acid dissociable group
- Y 2 represents a divalent linking group.
- the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or the halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R is a substituent that may be bonded to the carbon atom at the ⁇ -position.
- X 1 is not particularly limited as long as it is an acid dissociable group, and examples thereof include the above-described tertiary alkyl ester type acid dissociable groups, acetal type acid dissociable groups, and the like. An ester type acid dissociable group is preferred.
- R is the same as defined above.
- X 2 is the same as X 1 in formula (a1-0-1).
- Preferred examples of the divalent linking group for Y 2 include a divalent hydrocarbon group which may have a substituent, and a divalent linking group containing a hetero atom.
- the term “having a substituent” for the hydrocarbon group means that part or all of the hydrogen atoms in the hydrocarbon group are substituted with groups or atoms other than hydrogen atoms.
- the hydrocarbon group may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group.
- An aliphatic hydrocarbon group means a hydrocarbon group having no aromaticity.
- the aliphatic hydrocarbon group may be saturated or unsaturated, and is usually preferably saturated.
- the aliphatic hydrocarbon group in the hydrocarbon group for Y 2 include a linear or branched aliphatic hydrocarbon group, and an aliphatic hydrocarbon group having a ring in the structure. It is done.
- the linear or branched aliphatic hydrocarbon group preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 5, and most preferably 1 to 2.
- a linear alkylene group is preferable.
- a methylene group [—CH 2 —], an ethylene group [— (CH 2 ) 2 —], a trimethylene group [ — (CH 2 ) 3 —], tetramethylene group [— (CH 2 ) 4 —], pentamethylene group [— (CH 2 ) 5 —] and the like can be mentioned.
- the branched aliphatic hydrocarbon group is preferably a branched alkylene group, specifically, —CH (CH 3 ) —, —CH (CH 2 CH 3 ) —, —C (CH 3 ).
- Alkylmethylene groups such as 2- , —C (CH 3 ) (CH 2 CH 3 ) —, —C (CH 3 ) (CH 2 CH 2 CH 3 ) —, —C (CH 2 CH 3 ) 2 —; CH (CH 3 ) CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 CH 2 —, —CH (CH 2 CH 3 ) CH 2 —, —C (CH 2 Alkylethylene groups such as CH 3 ) 2 —CH 2 —; alkyl trimethylene groups such as —CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 —, —CH 2 CH (CH 3 ) CH 2 —; —CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH (CH 3) CH 2 CH 2 - And the like alkyl alkylene group such as an alkyl tetramethylene group of.
- the alkyl group in the alkyl alkylene group is preferably a linear alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- the chain-like aliphatic hydrocarbon group may or may not have a substituent.
- the substituent include a fluorine atom, a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms substituted with a fluorine atom, an oxygen atom ( ⁇ O), and the like.
- Examples of the aliphatic hydrocarbon group including a ring in the structure include a cyclic aliphatic hydrocarbon group (a group obtained by removing two hydrogen atoms from an aliphatic hydrocarbon ring), and the cyclic aliphatic hydrocarbon group includes the chain described above. And a group that is bonded to the terminal of the chain-like aliphatic hydrocarbon group or intervenes in the middle of the chain-like aliphatic hydrocarbon group.
- the cyclic aliphatic hydrocarbon group preferably has 3 to 20 carbon atoms, and more preferably 3 to 12 carbon atoms.
- the cyclic aliphatic hydrocarbon group may be a polycyclic group or a monocyclic group.
- the monocyclic group is preferably a group in which two hydrogen atoms are removed from a monocycloalkane having 3 to 6 carbon atoms, and examples of the monocycloalkane include cyclopentane and cyclohexane.
- the polycyclic group a group in which two hydrogen atoms are removed from a polycycloalkane having 7 to 12 carbon atoms is preferable.
- Specific examples of the polycycloalkane include adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, tetra And cyclododecane.
- the cyclic aliphatic hydrocarbon group may or may not have a substituent.
- substituents examples include an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluorine atom, a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms substituted with a fluorine atom, and an oxygen atom ( ⁇ O).
- Examples of the aromatic hydrocarbon group in the hydrocarbon group of Y 2 include monovalent groups such as a phenyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group.
- the aromatic hydrocarbon group may or may not have a substituent.
- substituents include an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluorine atom, a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms substituted with a fluorine atom, and an oxygen atom ( ⁇ O).
- examples of the divalent linking group containing a hetero atom include —O—, —C ( ⁇ O) —O—, —C ( ⁇ O) —, —O—C ( ⁇ O) —O—, —C ( ⁇ O) —NH—, —NH— (H may be substituted with a substituent such as an alkyl group or an acyl group), —S—.
- the divalent hydrocarbon group which may have a substituent include those similar to the hydrocarbon group which may have a substituent described above, and may be linear, branched, or structural An aliphatic hydrocarbon group containing a ring therein is preferred.
- the substituent (alkyl group, acyl group, etc.) preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and more preferably 1 to 5 carbon atoms. It is particularly preferred that When Y 2 is “AOB”, A and B are each independently a divalent hydrocarbon group which may have a substituent.
- the hydrocarbon group in A may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group.
- An aliphatic hydrocarbon group means a hydrocarbon group having no aromaticity.
- the aliphatic hydrocarbon group for A may be saturated or unsaturated, and is usually preferably saturated.
- Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group for A include a linear or branched aliphatic hydrocarbon group, and an aliphatic hydrocarbon group containing a ring in the structure. These are the same as above.
- A is preferably a linear aliphatic hydrocarbon group, more preferably a linear alkylene group, still more preferably a linear alkylene group having 2 to 5 carbon atoms, and most preferably an ethylene group.
- Examples of the hydrocarbon group for B include the same divalent hydrocarbon groups as those described above for A.
- B is preferably a linear or branched aliphatic hydrocarbon group, particularly preferably a methylene group or an alkylmethylene group.
- the alkyl group in the alkylmethylene group is preferably a linear alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and most preferably a methyl group.
- examples of the structural unit (a1) include structural units represented by the following general formulas (a1-1) to (a1-4).
- X ′ represents a tertiary alkyl ester-type acid dissociable group
- Y 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or an aliphatic cyclic group
- n represents an integer of 0 to 3
- Y 2 represents a divalent linking group
- R is the same as defined above
- R 1 ′ and R 2 ′ each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms;
- X ' include the same tertiary alkyl ester-type acid dissociable groups described above for X 1.
- the same thing is mentioned.
- the Y 2 the same groups as those described above for Y 2 in the general formula (a1-0-2).
- R ⁇ represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
- structural unit (a1) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- structural units represented by general formula (a1-1), (a1-2) or (a1-3) are preferable, and specifically, (a1-1-1) to (a1-1-4) , (A1-1-20) to (a1-1-23), (a1-2-1) to (a1-2-24) and (a1-3-25) to (a1-3-28) It is more preferable to use at least one selected from the group.
- the structural unit (a1) in particular, the following general formula (a1-1-1-) which includes structural units of the formulas (a1-1-1) to (a1-1-3) and (a1-1-26) 01), formulas (a1-1-16) to (a1-1-17), formulas (a1-1-20) to (a1-1-23) and (a1-1-32)
- a1-1-02 including the structural units, and includes the following general formula (a1-1) including the structural units of the formulas (a1-2-3) and (a1-2-6) -03)
- R independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- R 11 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- R 12 represents an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms.
- h represents an integer of 1 to 6.
- R 1 ′ and R 2 ′ are the same as described above.
- R is the same as defined above.
- the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R 11 is the same as the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in R, and is preferably a methyl group, an ethyl group, or an isopropyl group.
- R is the same as defined above.
- the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R 12 is the same as the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in R, and is preferably a methyl group, an ethyl group, or an isopropyl group.
- h is preferably 1 or 2, and most preferably 2.
- R, R 1 ′, and R 2 ′ are the same as described above.
- R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms;
- R 14 is the same as described above;
- R 13 is a hydrogen atom or a methyl group;
- a is an integer of 1 to 10.
- R represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms;
- R 14 is the same as described above;
- R 13 is a hydrogen atom or a methyl group;
- a is an integer of 1 to 10
- n ′ is an integer of 1 to 6.
- R is the same as defined above, Y 2 ′ and Y 2 ′′ are each independently a divalent linking group, X ′ is an acid-dissociable group, and n is an integer of 0 to 3] is there.]
- R is the same as described above.
- R 13 is preferably a hydrogen atom.
- n ′ is preferably 1 or 2, and most preferably 2.
- a is preferably an integer of 1 to 8, particularly preferably an integer of 2 to 5, and most preferably 2.
- Examples of the divalent linking group for Y 2 ′ and Y 2 ′′ include the same groups as those described above for Y 2 in formula (a1-0-2).
- Y 2 ′ is preferably a divalent hydrocarbon group which may have a substituent, more preferably a linear aliphatic hydrocarbon group, and still more preferably a linear alkylene group.
- a linear alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is preferable, and a methylene group and an ethylene group are most preferable.
- Y 2 ′′ is preferably a divalent hydrocarbon group which may have a substituent, more preferably a linear aliphatic hydrocarbon group, and still more preferably a linear alkylene group.
- a linear alkylene group of 1 to 5 is preferable, and a methylene group and an ethylene group are most preferable.
- Examples of the acid-dissociable group for X ′ include the same groups as described above, preferably a tertiary alkyl ester-type acid-dissociable group, and a tertiary carbon atom on the ring skeleton of the cyclic alkyl group described above. Of these, a group having the general formula (1-1) is more preferable.
- n is an integer of 0 to 3, and n is preferably an integer of 0 to 2, more preferably 0 or 1, and most preferably 1.
- a structural unit (a1) a structural unit (a11) represented by the following general formula (a11) is also preferable.
- R is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- R 3 is a single bond or a divalent linking group
- Y 0 is a substituted group.
- a ′ is an integer of 1 to 3
- b ′ is an integer of 0 to 2
- a ′ + B ′ 1 to 3
- d ′ and e ′ are each independently an integer of 0 to 3.
- R is the same as defined above.
- R is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
- R 3 is a single bond or a divalent linking group.
- the divalent linking group for R 3 is the same as the divalent linking group for Y 2 in formula (a1-0-2).
- Y 0 is an aliphatic cyclic group.
- the “aliphatic cyclic group” means a monocyclic group or a polycyclic group having no aromaticity.
- the “aliphatic cyclic group” in the structural unit (a11) may or may not have a substituent.
- substituents examples include an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluorine atom, a fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms substituted with a fluorine atom, and an oxygen atom ( ⁇ O).
- the structure of the basic ring (aliphatic ring) excluding the substituent of the “aliphatic cyclic group” is not limited to being a ring composed of carbon and hydrogen (hydrocarbon ring), but the ring (aliphatic ring) The ring structure may contain an oxygen atom.
- the “hydrocarbon ring” may be either saturated or unsaturated, but is usually preferably saturated.
- the aliphatic cyclic group may be either a polycyclic group or a monocyclic group.
- Examples of the aliphatic cyclic group include a monocycloalkane which may or may not be substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluorine atom or a fluorinated alkyl group; bicycloalkane, tricyclo Examples include groups in which two or more hydrogen atoms have been removed from a polycycloalkane such as an alkane or tetracycloalkane.
- monocycloalkanes such as cyclopentane and cyclohexane
- groups obtained by removing two or more hydrogen atoms from polycycloalkanes such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, and tetracyclododecane
- the aliphatic cyclic group may be, for example, 2 from tetrahydrofuran or tetrahydropyran which may or may not be substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluorine atom or a fluorinated alkyl group. Examples include groups in which one or more hydrogen atoms have been removed.
- the aliphatic cyclic group in the structural unit (a11) is preferably a polycyclic group, and among them, a group obtained by removing two or more hydrogen atoms from adamantane is preferable.
- OZ is an acid-decomposable group.
- the acid-decomposable group of OZ is preferably an acid-decomposable group that decomposes to form a hydroxyl group (—OH).
- —OH hydroxyl group
- the decomposable group (1) the hydroxyl group is protected with an acetal-type acid-dissociable group of Z.
- Group (2) Z has a tertiary alkyl ester-type acid dissociable group in its structure and is further decomposed by decarboxylation after acid dissociation.
- the acetal-type acid dissociable group for Z in the “group formed by protecting a hydroxyl group with an acetal-type acid-dissociable group for Z” is the same as described above.
- Z in (1) is a 1-n-butoxyethyl group (—CH (CH 3 ) —O—C 4 H 9 ), an n-butoxymethyl group (—CH 2 —O—C 4 H 9 ), It is particularly preferred.
- the oxygen atom of OZ is an oxygen atom derived from a hydroxyl group protected by an acetal acid dissociable group, and the bond between the oxygen atom and the acetal acid dissociable group is broken by the action of an acid. Then, a hydroxyl group (—OH) which is a polar group is generated at the terminal of the structural unit.
- the alkyl group in the tertiary alkyl ester type acid-dissociable group in Z of OZ may be one having no cyclic structure (chain) or one having a cyclic structure.
- Z in OZ include a tertiary alkyloxycarbonyl group represented by the following general formula (II).
- R 21 to R 23 are each independently a linear or branched alkyl group.
- the alkyl group preferably has 1 to 5 carbon atoms, and more preferably 1 to 3 carbon atoms.
- the total number of carbon atoms of the group represented by —C (R 21 ) (R 22 ) (R 23 ) in the general formula (II) is preferably 4 to 7, and preferably 4 to 6. Is more preferable, and 4 to 5 is most preferable.
- Preferred examples of the group represented by —C (R 21 ) (R 22 ) (R 23 ) in the general formula (II) include a tert-butyl group and a tert-pentyl group. preferable.
- Z in this case is preferably a tert-butyloxycarbonyl group (t-boc) or a tert-pentyloxycarbonyl group.
- Z in OZ is represented by, for example, the following general formula (III)
- tertiary alkyloxycarbonylalkyl groups are the same as R 21 ⁇ R 23 in formula (II).
- f is an integer of 1 to 3, preferably 1 or 2.
- a tert-butyloxycarbonylmethyl group and a tert-butyloxycarbonylethyl group are preferable.
- the tertiary alkyl group-containing group having no cyclic structure is preferably a tertiary alkyloxycarbonyl group or a tertiary alkyloxycarbonylalkyl group, more preferably a tertiary alkyloxycarbonyl group.
- a tert-butyloxycarbonyl group (t-boc) is most preferred.
- Z in OZ is —C ( ⁇ O) —O— or — (CH 2 ) f
- the oxygen atom at the terminal of —C ( ⁇ O) —O— (f is the same as f in formula (III)) is substituted with the above formulas (1-1) to (1-9), (2-1 ) To (2-6) are groups bonded to each other.
- OZ is preferably (1) or (2) which decomposes to generate a hydroxyl group (—OH), more preferably Z is a group represented by the general formula (II). Z is most preferably a tert-butyloxycarbonyl group (t-boc) or a 1,1-dimethylpropoxycarbonyl group.
- a ′ is an integer of 1 to 3
- b ′ is an integer of 0 to 2
- a ′ + b ′ 1 to 3.
- a ′ is preferably 1 or 2, and more preferably 1.
- b ′ is preferably 0.
- a ′ + b ′ is preferably 1 or 2, and more preferably 1.
- d ′ is an integer of 0 to 3, preferably 0 or 1, and more preferably 0.
- e ′ is an integer of 0 to 3, preferably 0 or 1, and more preferably 0.
- a structural unit (a11) a structural unit represented by general formula (a11-1-1), (a11-1-2) or (a11-2) shown below is particularly desirable. ) Is more preferable.
- R, OZ, b ′, c ′, d ′, and e ′ are the same as described above.
- a plurality of e ′ and OZ in the formula may be different from each other.
- c ′′ is an integer of 1 to 3, preferably 1 or 2, and more preferably 1.
- c ′ in the formula (a11-2) is 0, the oxygen atom at the terminal of the carbonyloxy group (—C ( ⁇ O) —O—) of the acrylate ester is bonded to the oxygen atom in the cyclic group. It is preferably not bonded to a carbon atom. That is, when c ′ is 0, there are two or more carbon atoms between the terminal oxygen atom and the oxygen atom in the cyclic group (the number of carbon atoms is 1 (that is, an acetal bond). It is preferable that the above is excluded).
- the monomer for deriving the structural unit (a11) is, for example, a hydroxyl group of a compound represented by the following general formula (a11-0) (an acrylate ester containing an aliphatic cyclic group having 1 to 3 alcoholic hydroxyl groups)
- a11-0 an acrylate ester containing an aliphatic cyclic group having 1 to 3 alcoholic hydroxyl groups
- the proportion of the structural unit (a1) in the component (A1) is preferably 20 to 80 mol%, more preferably 20 to 75 mol%, and more preferably 25 to 70 mol% with respect to all the structural units constituting the component (A1). Is more preferable.
- the proportion of the structural unit (a1) in the component (A1) is preferably 20 to 80 mol%, more preferably 20 to 75 mol%, and more preferably 25 to 70 mol% with respect to all the structural units constituting the component (A1). Is more preferable.
- a pattern can be easily obtained when a solvent development negative resist composition is obtained. (At this time, the solubility in an alkali developer is lowered.)
- the balance with other structural units can be achieved by setting the upper limit or less.
- the structural unit (a2) includes a 4- to 12-membered lactone-containing cyclic group, and is derived from an acrylate ester in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom at the ⁇ -position may be substituted with a substituent.
- structural unit (a21) Acrylic acid containing a 3- to 7-membered ether-containing cyclic group, wherein a hydrogen atom bonded to the carbon atom at the ⁇ -position may be substituted with a substituent
- a structural unit derived from an ester hereinafter referred to as “structural unit (a22)”
- structural unit (a23) It is at least one structural unit selected from the group consisting of structural units derived from an optionally substituted acrylate ester (hereinafter referred to as “structural unit (a23)”).
- cyclic compounds undergo ring-opening polymerization by using a specific photoacid generator described later.
- a resist pattern having excellent lithography characteristics can be formed regardless of whether or not a crosslinking agent is added.
- the resist composition is used to form a resist pattern (hereinafter referred to as “guide pattern”) for phase separation of a layer containing a block copolymer formed by bonding a plurality of types of polymers formed on a substrate.
- guide pattern a resist pattern for phase separation of a layer containing a block copolymer formed by bonding a plurality of types of polymers formed on a substrate.
- the cyclic compound containing ring-opening polymerization can be formed.
- the structural unit (a21) includes a 4- to 12-membered lactone-containing cyclic group, and is derived from an acrylate ester in which the hydrogen atom bonded to the carbon atom at the ⁇ -position may be substituted with a substituent.
- the lactone-containing cyclic group means a cyclic group containing one ring (lactone ring) containing a —O—C (O) — structure.
- the lactone ring is counted as the first ring. When only the lactone ring is present, it is called a monocyclic group, and when it has another ring structure, it is called a polycyclic group regardless of the structure.
- the structural unit (a21) is not particularly limited and any unit can be used.
- the lactone-containing monocyclic group includes a group obtained by removing one hydrogen atom from a 4- to 6-membered ring lactone, such as a group obtained by removing one hydrogen atom from ⁇ -propionolactone, or ⁇ -butyrolactone. Examples thereof include a group in which one hydrogen atom has been removed, and a group in which one hydrogen atom has been removed from ⁇ -valerolactone.
- lactone-containing polycyclic group examples include groups having 7 to 12 carbon atoms and having a lactone ring removed from one hydrogen atom from a bicycloalkane, tricycloalkane, or tetracycloalkane having a lactone ring.
- examples of the structural unit (a21) include structural units represented by the following general formulas (a21-1) to (a21-5).
- R is as defined above; R ′ is independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a cyano group, a hydroxyl group, or 1 to 5 carbon atoms
- R 29 is a single bond or a divalent linking group, s ′′ is 0 or an integer of 1 to 2, and A ′′ may contain an oxygen atom or a sulfur atom.
- a good alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, an oxygen atom or a sulfur atom; m is an integer of 0 or 1.
- R in the general formulas (a21-1) to (a21-5) is the same as R in the structural unit (a1).
- Examples of the alkyl group of 1 to 5 carbon atoms for R ′ include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, and a tert-butyl group.
- Examples of the alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms of R ′ include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an iso-propoxy group, an n-butoxy group, and a tert-butoxy group.
- halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R ′ examples include groups in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms are substituted with halogen atoms.
- the halogen atom examples include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is particularly preferable.
- R ′′ in —COOR ′′ is a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.
- R ′′ is a linear or branched alkyl group, it preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and particularly preferably a methyl group or an ethyl group. preferable.
- R ′′ is a cyclic alkyl group, it preferably has 3 to 15 carbon atoms, more preferably 4 to 12 carbon atoms, and most preferably 5 to 10 carbon atoms.
- a fluorine atom Alternatively, one or more hydrogen atoms are removed from a polycycloalkane such as a monocycloalkane, bicycloalkane, tricycloalkane, or tetracycloalkane, which may or may not be substituted with a fluorinated alkyl group. More specifically, one or more hydrogen atoms are removed from a monocycloalkane such as cyclopentane or cyclohexane, or a polycycloalkane such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane or tetracyclododecane. Group.
- a ′′ is preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or —O—, more preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and most preferably a methylene group.
- R 29 is a single bond or a divalent linking group.
- the divalent linking group is the same as the divalent linking group described for Y 2 in the general formula (a1-0-2). Among these, an alkylene group, an ester bond (—C ( ⁇ O ) —O—) or a combination thereof.
- the alkylene group as the divalent linking group for R 29 is more preferably a linear or branched alkylene group.
- s ′′ is preferably an integer of 1 to 2.
- R ⁇ represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
- the structural unit (a22) includes a 3- to 7-membered ether-containing cyclic group, and is derived from an acrylate ester in which the hydrogen atom bonded to the carbon atom at the ⁇ -position may be substituted with a substituent.
- the ether-containing cyclic group means a cyclic group containing a structure (cyclic ether) in which carbon of a cyclic hydrocarbon is substituted with oxygen.
- the ether-containing cyclic group is a group obtained by removing one hydrogen atom from a 3- to 7-membered cyclic ether, for example, a group obtained by removing one hydrogen atom from epoxyethane, or a hydrogen atom from oxetane.
- the ether-containing polycyclic group include groups in which one hydrogen atom has been removed from a bicycloalkane, tricycloalkane, or tetracycloalkane having a cyclic ether.
- examples of the structural unit (a22) include structural units represented by general formulas (a22-1) to (a22-5) shown below.
- R, R ′, R 29 , s ′′ and m in the general formulas (a22-1) to (a22-5) are the same as those in the general formulas (a21-1) to (a21-5). Specific examples of the structural units represented by the general formulas (a22-1) to (a22-5) are shown below.
- R ⁇ represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
- the structural unit (a23) is a structural unit derived from an acrylate ester containing a 5- to 7-membered carbonate-containing cyclic group.
- the carbonate-containing cyclic group means a cyclic group containing one ring (cyclic carbonate) containing a —O—C ( ⁇ O) —O— structure.
- Examples of the structural unit (a23) include structural units represented by the following general formula (a23-1).
- R, R ′ and R 29 in formula (a23-1) are the same as those in formulas (a21-1) to (a21-5).
- q ′′ is an integer of 1 to 3, preferably 1 or 2, and more preferably 1.
- Specific examples of the structural unit represented by the general formula (a23-1) are shown below.
- R ⁇ represents a hydrogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
- the structural unit (a2) is selected from the structural units represented by the formulas (a21-1) to (a21-3), (a22-1) to (a22-3), or (a23-1). At least one selected from the group consisting of Among them, the formulas (a2-1-1), (a2-2-1), (a2-3-1), (a22-1-1), (a22-1-2), (a22-1-) 5) or at least one selected from the group consisting of structural units represented by (a23-1-1) is particularly preferred.
- the structural unit (a2) as the structural unit (a2), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. When two or more types are used in combination, a combination of the structural units (a21) and (a22); a combination of the structural units (a22) and (a23) is preferable.
- the proportion of the structural unit (a2) in the component (A1) is preferably 5 to 80 mol%, more preferably 5 to 70 mol%, relative to the total of all structural units constituting the component (A1). 60 mol% is more preferable.
- the proportion of the structural unit (a2) in the component (A1) is the same as that in the component (A1). 20 to 80 mol% is preferable, 20 to 70 mol% is more preferable, and 25 to 60 mol% is more preferable with respect to the total of all the structural units constituting.
- the lower limit value or more sufficient solvent resistance and heat resistance can be obtained when a block copolymer dissolved in an organic solvent is applied from above the resist pattern or when a high-temperature annealing treatment is performed for phase separation of the block copolymer. Sex can be imparted.
- the structural unit (a0) is a structural unit derived from an acrylate ester that contains an —SO 2 — containing cyclic group and in which the hydrogen atom bonded to the carbon atom at the ⁇ -position may be substituted with a substituent.
- -SO 2 - and containing cyclic group, -SO 2 - within the ring skeleton thereof shows a cyclic group containing a ring containing, in particular, -SO 2 - in the sulfur atom (S)
- S sulfur atom
- a ring containing —SO 2 — in the ring skeleton is counted as the first ring, and if it is only the ring, it is a monocyclic group, and if it has another ring structure, it is a polycyclic group regardless of the structure Called.
- the —SO 2 — containing cyclic group may be monocyclic or polycyclic.
- -SO 2 - containing cyclic group in particular, -O-SO 2 - within the ring skeleton cyclic group containing, i.e. -O-SO 2 - -O-S- medium is a part of the ring skeleton It is preferably a cyclic group containing a sultone ring to be formed.
- the —SO 2 — containing cyclic group preferably has 3 to 30 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms, more preferably 4 to 15 carbon atoms, and particularly preferably 4 to 12 carbon atoms. .
- the carbon number is the number of carbon atoms constituting the ring skeleton, and does not include the carbon number in the substituent.
- the —SO 2 — containing cyclic group may be an —SO 2 — containing aliphatic cyclic group or an —SO 2 — containing aromatic cyclic group. An —SO 2 — containing aliphatic cyclic group is preferable.
- the —SO 2 — containing aliphatic cyclic group includes at least a hydrogen atom from an aliphatic hydrocarbon ring in which a part of carbon atoms constituting the ring skeleton is substituted with —SO 2 — or —O—SO 2 —.
- One group is excluded. More specifically, a group obtained by removing at least one hydrogen atom from an aliphatic hydrocarbon ring in which —CH 2 — constituting the ring skeleton is substituted with —SO 2 —, —CH 2 — constituting the ring And a group obtained by removing at least one hydrogen atom from an aliphatic hydrocarbon ring in which CH 2 — is substituted with —O—SO 2 —.
- the alicyclic hydrocarbon group preferably has 3 to 20 carbon atoms, and more preferably 3 to 12 carbon atoms.
- the alicyclic hydrocarbon group may be polycyclic or monocyclic.
- the monocyclic alicyclic hydrocarbon group is preferably a group obtained by removing two hydrogen atoms from a monocycloalkane having 3 to 6 carbon atoms, and examples of the monocycloalkane include cyclopentane and cyclohexane.
- the polycyclic alicyclic hydrocarbon group a group in which two hydrogen atoms are removed from a polycycloalkane having 7 to 12 carbon atoms is preferable. Specific examples of the polycycloalkane include adamantane, norbornane, isobornane. , Tricyclodecane, tetracyclododecane and the like.
- the —SO 2 — containing cyclic group may have a substituent.
- substituents include an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom, a halogenated alkyl group, a hydroxyl group, an oxygen atom ( ⁇ O), —COOR ′′, —OC ( ⁇ O) R ′′, a hydroxyalkyl group, a cyano group, and the like. Is mentioned.
- the alkyl group as the substituent is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
- the alkyl group is preferably linear or branched.
- a methyl group or an ethyl group is preferable, and a methyl group is particularly preferable.
- the alkoxy group as the substituent is preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms.
- the alkoxy group is preferably linear or branched.
- Specific examples include a group bonded to an oxygen atom (—O—) to the alkyl group mentioned as the alkyl group as the substituent.
- the halogen atom as the substituent include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.
- the halogenated alkyl group for the substituent include groups in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group have been substituted with the halogen atoms.
- halogenated alkyl group as the substituent examples include groups in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group mentioned as the alkyl group as the substituent are substituted with the halogen atom.
- a fluorinated alkyl group is preferable, and a perfluoroalkyl group is particularly preferable.
- R ′′ in the —COOR ′′ and —OC ( ⁇ O) R ′′ is a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.
- R ′′ is a linear or branched alkyl group, it preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and particularly preferably a methyl group or an ethyl group. preferable.
- R ′′ is a cyclic alkyl group, it preferably has 3 to 15 carbon atoms, more preferably 4 to 12 carbon atoms, and most preferably 5 to 10 carbon atoms.
- a fluorine atom Alternatively, one or more hydrogen atoms are removed from a polycycloalkane such as a monocycloalkane, bicycloalkane, tricycloalkane, or tetracycloalkane, which may or may not be substituted with a fluorinated alkyl group. More specifically, one or more hydrogen atoms are removed from a monocycloalkane such as cyclopentane or cyclohexane, or a polycycloalkane such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane or tetracyclododecane. Group.
- the hydroxyalkyl group as the substituent is preferably one having 1 to 6 carbon atoms. Specifically, at least one hydrogen atom of the alkyl group mentioned as the alkyl group as the substituent is substituted with a hydroxyl group.
- Group. More specific examples of the —SO 2 — containing cyclic group include groups represented by the following general formulas (3-1) to (3-4).
- a ′ is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms which may contain an oxygen atom or a sulfur atom, an oxygen atom or a sulfur atom, z is an integer of 0 to 2, and R 27 is an alkyl group.
- a ′ represents an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms which may contain an oxygen atom (—O—) or a sulfur atom (—S—), An oxygen atom or a sulfur atom.
- the alkylene group having 1 to 5 carbon atoms in A ′ is preferably a linear or branched alkylene group, and examples thereof include a methylene group, an ethylene group, an n-propylene group, and an isopropylene group.
- specific examples thereof include a group in which —O— or —S— is interposed between the terminal or carbon atoms of the alkylene group, such as —O—CH 2.
- a ′ is preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or —O—, more preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, and most preferably a methylene group.
- z may be any of 0 to 2, and is most preferably 0. When z is 2, the plurality of R 27 may be the same or different.
- alkyl group alkoxy group, halogenated alkyl group, —COOR ′′, —OC ( ⁇ O) R ′′, and hydroxyalkyl group for R 27
- the —SO 2 — containing cyclic group has the above.
- alkyl groups, alkoxy groups, halogenated alkyl groups, —COOR ′′, —OC ( ⁇ O) R ′′, and hydroxyalkyl groups as those exemplified as the preferred substituents.
- Specific examples of cyclic groups represented by the general formulas (3-1) to (3-4) are shown below. In the formula, “Ac” represents an acetyl group.
- the group represented by the general formula (3-1) is preferable, and the chemical formulas (3-1-1), (3-1-18), ( It is more preferable to use at least one selected from the group consisting of groups represented by any of 3-3-1) and (3-4-1), and represented by the chemical formula (3-1-1) Are most preferred.
- structural unit (a0) examples include structural units represented by general formula (a0-0) shown below.
- R is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- R 28 is a —SO 2 — containing cyclic group
- R 29 is the same as defined above
- R is the same as defined above.
- R 28 is the same as the —SO 2 — containing cyclic group mentioned above.
- the structural unit (a0) is preferably a structural unit represented by the following general formula (a0-0-1).
- R and R 28 are the same as defined above, and R 30 is a divalent linking group.
- R 30 is not particularly limited, and for example, the same as the divalent linking group for Y 2 in the general formula (a1-0-2) mentioned in the description of the structural unit (a1). Things.
- the divalent linking group for R 30 is preferably a linear or branched alkylene group, a divalent alicyclic hydrocarbon group, or a divalent linking group containing a hetero atom.
- Examples of the linear or branched alkylene group, divalent alicyclic hydrocarbon group, and divalent linking group containing a hetero atom include the linear or branched groups mentioned above as preferred for Y 2. Examples are the same as a chain alkylene group, a divalent alicyclic hydrocarbon group, and a divalent linking group containing a hetero atom.
- a linear or branched alkylene group or a divalent linking group containing an oxygen atom as a hetero atom is preferable.
- a linear alkylene group a methylene group or an ethylene group is preferable, and a methylene group is particularly preferable.
- a branched alkylene group an alkylmethylene group or an alkylethylene group is preferable, and —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 — or —C (CH 3 ) 2 CH 2 — is particularly preferable.
- the divalent linking group containing an oxygen atom is preferably a divalent linking group containing an ether bond or an ester bond, and the above-described formulas —A—O—B—, — [A—C ( ⁇ O) —O] m
- a group represented by —B— or —A—O—C ( ⁇ O) —B— is more preferable.
- m is an integer of 1 to 3.
- a group represented by the formula —A—O—C ( ⁇ O) —B— is preferable, represented by — (CH 2 ) c —C ( ⁇ O) —O— (CH 2 ) d —.
- the group is particularly preferred.
- c is an integer of 1 to 5, preferably 1 or 2.
- d is an integer of 1 to 5, preferably 1 or 2.
- a structural unit represented by general formula (a0-1-11) or (a0-1-12) shown below is particularly desirable, and a structural unit represented by formula (a0-1-12) Units are more preferred.
- a ′ is preferably a methylene group, an oxygen atom (—O—) or a sulfur atom (—S—).
- R 30 is preferably a linear or branched alkylene group or a divalent linking group containing an oxygen atom.
- the linear or branched alkylene group and the divalent linking group containing an oxygen atom in R 30 the linear or branched alkylene group mentioned above and a divalent linking group containing an oxygen atom are mentioned. Examples are the same as the linking group.
- a structural unit represented by the formula (a0-1-12) a structural unit represented by the following general formula (a0-1-12a) or (a0-1-12b) is particularly preferable.
- R and A ′ are the same as defined above, and c to e are each independently an integer of 1 to 3.] ]
- the proportion of the structural unit (a0) is preferably 1 to 80 mol%, preferably 10 to 70 mol%, based on the total of all structural units constituting the component (A1). Is more preferably 10 to 65 mol%, further preferably 10 to 60 mol%.
- the structural unit (a3) is a structural unit derived from an acrylate ester that contains a polar group-containing aliphatic hydrocarbon group and in which the hydrogen atom bonded to the ⁇ -position carbon atom may be substituted with a substituent.
- the hydrophilicity of the component (A) is increased, the affinity with the developer is increased, the alkali solubility in the exposed area is improved, and the resolution is improved. Contributes to improvement.
- Examples of the polar group include a hydroxyl group, a cyano group, a carboxy group, an oxo group, a hydroxyalkyl group in which a part of the hydrogen atoms of the alkyl group is substituted with a fluorine atom, and the like, and a hydroxyl group is particularly preferable.
- Examples of the aliphatic hydrocarbon group include a linear or branched hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms (preferably an alkylene group) and a polycyclic aliphatic hydrocarbon group (polycyclic group). It is done.
- the polycyclic group for example, a resin for a resist composition for ArF excimer laser can be appropriately selected from among many proposed ones.
- the polycyclic group preferably has 7 to 30 carbon atoms. Among them, it is derived from an acrylate ester containing an aliphatic polycyclic group containing a hydroxyalkyl group in which a part of hydrogen atoms of a hydroxyl group, a cyano group, a carboxy group, an oxo group, or an alkyl group is substituted with a fluorine atom.
- the structural unit is more preferable.
- Examples of the polycyclic group include groups in which two or more hydrogen atoms have been removed from bicycloalkane, tricycloalkane, tetracycloalkane and the like.
- groups in which two or more hydrogen atoms have been removed from a polycycloalkane such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, and tetracyclododecane.
- adamantane norbornane
- isobornane tricyclodecane
- tetracyclododecane a polycycloalkane
- these polycyclic groups there are groups in which two or more hydrogen atoms have been removed from adamantane, groups in which two or more hydrogen atoms have been removed from norbornane, and groups in which two or more hydrogen atoms have been removed from tetracyclododecane. Industrially preferable.
- the structural unit (a3) is derived from hydroxyethyl ester of acrylic acid when the hydrocarbon group in the polar group-containing aliphatic hydrocarbon group is a linear or branched hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms.
- the hydrocarbon group is a polycyclic group, the structural units represented by the following formulas (a3-1) to (a3-9) are preferable.
- R is the same as defined above, j is an integer of 1 to 3, k is an integer of 1 to 3, t ′ is an integer of 1 to 3, and l is an integer of 1 to 5] S is an integer of 1 to 3. ]
- j is preferably 1 or 2, and more preferably 1.
- j is 2, it is preferable that the hydroxyl group is bonded to the 3rd and 5th positions of the adamantyl group.
- j is 1, it is preferable that the hydroxyl group is bonded to the 3-position of the adamantyl group.
- k is preferably 1.
- the cyano group is preferably bonded to the 5th or 6th position of the norbornyl group.
- t ′ is preferably 1.
- l is preferably 1.
- s is preferably 1.
- a 2-norbornyl group or a 3-norbornyl group is preferably bonded to the terminal of the carboxy group of acrylic acid.
- the fluorinated alkyl alcohol is preferably bonded to the 5th or 6th position of the norbornyl group.
- the structural unit (a3) one type of structural unit may be used, or two or more types may be used in combination.
- the proportion of the structural unit (a3) in the component (A1) is preferably 5 to 50 mol%, more preferably 5 to 40 mol%, based on all the structural units constituting the component (A1). 25 mol% is more preferable.
- the component (A1) may contain a structural unit (a4) other than the structural units (a0) to (a3) as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the structural unit (a4) is not particularly limited as long as it is another structural unit that is not classified into the structural units (a0) to (a3) described above.
- a number of hitherto known materials can be used for resist resins such as lasers.
- As the structural unit (a4) for example, a structural unit derived from an acrylate ester containing a non-acid-dissociable aliphatic polycyclic group is preferable.
- Examples of the polycyclic group include those exemplified in the case of the structural unit (a1), and for ArF excimer laser and KrF excimer laser (preferably for ArF excimer laser).
- a number of hitherto known materials can be used as the resin component of the resist composition.
- at least one selected from a tricyclodecyl group, an adamantyl group, a tetracyclododecyl group, an isobornyl group, and a norbornyl group is preferable in terms of industrial availability.
- These polycyclic groups may have a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms as a substituent.
- a structural unit derived from an acrylate ester containing a non-acid-dissociable aromatic group a structural unit derived from styrene, a structural unit derived from hydroxystyrene, and the like are also preferable.
- the structural unit (a4) specifically, those having the structures of the following general formulas (a4-1) to (a4-9), vinyl (hydroxy) naphthalene, (hydroxy) naphthyl (meth) acrylate (hydroxy) benzyl ( A meth) acrylate etc. can be illustrated.
- R is the same as defined above.
- the bonding position of the hydroxyl group in (a4-7) and (a4-9) is bonded to an arbitrary position of the benzene ring.
- the proportion of the structural unit (a4) is preferably 1 to 30 mol% with respect to the total of all the structural units constituting the component (A1). More preferably, it is 10 to 20 mol%.
- the component (A1) is a copolymer having the structural units (a1) and (a2).
- a copolymer having the structural units (a1), (a2) and (a0); a resident rigid body having the structural units (a1), (a2) and (a3); a structural unit (a1 ), (A2) and (a4); copolymer having structural units (a1), (a2), (a0) and (a3); structural units (a1), (a2), (a0) And a copolymer having (a4).
- the component (A1) preferably includes a combination of structural units represented by the following general formulas (A1-11) to (A1-26).
- R, R 29 , s ′′, R ′, R 12 , h, j, R 11 , e, A ′, A ′′, q ′′, R 1 ′, R 2 ′ are the same as above. Yes, a plurality of R, R 29 and R ′ in the formula may be the same or different.
- the component (A1) is obtained by polymerizing a monomer for deriving each structural unit by a known radical polymerization using a radical polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile (AIBN) or dimethyl azobisisobutyrate. be able to.
- a radical polymerization initiator such as azobisisobutyronitrile (AIBN) or dimethyl azobisisobutyrate.
- AIBN azobisisobutyronitrile
- dimethyl azobisisobutyrate dimethyl azobisisobutyrate.
- the component (A1) is used in combination with a chain transfer agent such as HS—CH 2 —CH 2 —CH 2 —C (CF 3 ) 2 —OH in the above polymerization, so that the terminal A —C (CF 3 ) 2 —OH group may be introduced into the.
- a copolymer into which a hydroxyalkyl group in which a part of hydrogen atoms of an alkyl group is substituted with a fluorine atom is introduced has reduced development defects and LER (line edge roughness: uneven unevenness of line side walls). It is effective in reducing
- the mass average molecular weight (Mw) of the component (A1) is not particularly limited, preferably 1000 to 50000, more preferably 1500 to 30000, most preferably 2500 to 20000. preferable. If it is below the upper limit of this range, it has sufficient solubility in a resist solvent to be used as a resist, and if it is above the lower limit of this range, dry etching resistance and resist pattern cross-sectional shape are good. Further, the dispersity (Mw / Mn) of the component (A1) is not particularly limited and is preferably 1.0 to 5.0, more preferably 1.0 to 3.0, and 1.2 to 2 .5 is most preferred. In addition, Mn shows a number average molecular weight.
- the component (A) as the component (A1), one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the proportion of the component (A1) in the component (A) is preferably 25% by mass or more, more preferably 50% by mass, further preferably 75% by mass, and 100% by mass with respect to the total mass of the component (A). May be. When the ratio is 25% by mass or more, effects such as lithography characteristics are improved.
- the component (A) does not correspond to the component (A1), and the base component (hereinafter referred to as “A”) increases in polarity by the action of an acid and decreases in solubility in a developer containing an organic solvent. , (Referred to as component (A2)).
- the component (A2) is not particularly limited, and many conventionally known base components for chemically amplified resist compositions (for example, for ArF excimer laser, for KrF excimer laser (preferably ArF excimer laser) Base resin) and the like.
- a base resin for ArF excimer laser includes a resin having the structural unit (a1) as an essential structural unit and optionally further having the structural units (a0) and (a2) to (a4).
- a component may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
- the component (A) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the content of the component (A) may be adjusted according to the resist film thickness to be formed.
- the component (B) includes an acid generator (B1) (hereinafter referred to as “component (B1)”) composed of a compound that generates sulfonic acid upon exposure.
- component (B1) is not particularly limited as long as it is a compound that generates sulfonic acid upon exposure, and any of the compounds that have been proposed as acid generators for chemically amplified resists can be used.
- component (B1) examples include an onium salt acid generator having a sulfonate anion, an oxime sulfonate acid generator, a sulfonyldiazomethane acid generator, an imide sulfonate acid generator, and a nitrobenzyl sulfonate acid generator.
- an onium salt acid generator having a sulfonate anion an oxime sulfonate acid generator, a sulfonyldiazomethane acid generator, an imide sulfonate acid generator, and a nitrobenzyl sulfonate acid generator.
- Onium salt acid generator having sulfonate anion examples include compounds represented by the following general formula (b0).
- R 4 ′′ represents an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or an alkenyl group which may have a substituent, and Z + represents an organic cation.
- R 4 ′′ represents an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group, or an alkenyl group which may have a substituent.
- the alkyl group for R 4 ′′ may be linear, branched or cyclic.
- the linear or branched alkyl group preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and most preferably 1 to 4 carbon atoms.
- the cyclic alkyl group preferably has 4 to 15 carbon atoms, more preferably 4 to 10 carbon atoms, and most preferably 6 to 10 carbon atoms.
- Examples of the halogenated alkyl group for R 4 ′′ include groups in which part or all of the hydrogen atoms of the linear, branched, or cyclic alkyl group have been substituted with halogen atoms.
- a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc. are mentioned, A fluorine atom is preferable.
- the ratio of the number of halogen atoms to the total number of halogen atoms and hydrogen atoms contained in the halogenated alkyl group is preferably 10 to 100%. 50 to 100% is preferable, and 100% is most preferable. The higher the halogenation rate, the more preferable the strength of the acid.
- the anion in which R 4 ′′ is a fluorinated alkyl group include trifluoromethane sulfonate, nonafluorobutane sulfonate, heptafluoropropane sulfonate, and the like.
- the aryl group in R 4 ′′ is preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
- the alkenyl group in R 4 ′′ is preferably an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms.
- R 4 ′′ “optionally substituted” means one of hydrogen atoms in the linear, branched or cyclic alkyl group, halogenated alkyl group, aryl group, or alkenyl group. It means that part or all may be substituted with a substituent (an atom or group other than a hydrogen atom).
- the number of substituents in R 4 ′′ may be one, or two or more.
- Examples of the substituent include a halogen atom, a hetero atom, an alkyl group, and a formula: XQ 1- [wherein X is a hydrocarbon group having 3 to 30 carbon atoms which may have a substituent. , Q 1 is a divalent linking group containing an oxygen atom. ] Etc. which are represented by these.
- Examples of the halogen atom and alkyl group include the same groups as those described as the halogen atom and alkyl group in the halogenated alkyl group in R 4 ′′.
- Examples of the hetero atom include an oxygen atom, a nitrogen atom, and a sulfur atom.
- R 4 ′′ is preferably a fluorinated alkyl group having XQ 1 — as a substituent
- a particularly preferred component (B1) is a compound represented by the following general formula (b1). Z + in formula (b0) will be described later.
- Rf represents a fluorinated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms which may have a substituent.
- X is a hydrocarbon group having 3 to 30 carbon atoms.
- the hydrocarbon group for X may be an aromatic hydrocarbon group or an aliphatic hydrocarbon group.
- the aromatic hydrocarbon group is a hydrocarbon group having an aromatic ring.
- the aromatic hydrocarbon group preferably has 3 to 30 carbon atoms, more preferably 5 to 30 carbon atoms, still more preferably 5 to 20, particularly preferably 6 to 15, and most preferably 6 to 12. However, the carbon number does not include the carbon number in the substituent.
- aromatic hydrocarbon group examples include a hydrogen atom from an aromatic hydrocarbon ring such as a phenyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, and a phenanthryl group.
- Aryl groups such as aryl group, benzyl group, phenethyl group, 1-naphthylmethyl group, 2-naphthylmethyl group, 1-naphthylethyl group, 2-naphthylethyl group, etc., which are excluded.
- the number of carbon atoms in the alkyl chain in the arylalkyl group is preferably 1 to 4, more preferably 1 to 2, and particularly preferably 1.
- the aromatic hydrocarbon group may have a substituent.
- a part of carbon atoms constituting the aromatic ring of the aromatic hydrocarbon group may be substituted with a hetero atom, and the hydrogen atom bonded to the aromatic ring of the aromatic hydrocarbon group is substituted with the substituent.
- the former include heteroaryl groups in which some of the carbon atoms constituting the ring of the aryl group are substituted with heteroatoms such as oxygen atoms, sulfur atoms, nitrogen atoms, and aromatic hydrocarbons in the arylalkyl groups.
- heteroarylalkyl groups in which a part of carbon atoms constituting the ring is substituted with the heteroatom.
- Examples of the substituent of the aromatic hydrocarbon group in the latter example include an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom, a halogenated alkyl group, a hydroxyl group, and an oxygen atom ( ⁇ O).
- the alkyl group as a substituent of the aromatic hydrocarbon group is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and most preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, or a tert-butyl group. preferable.
- the alkoxy group as a substituent of the aromatic hydrocarbon group is preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and is a methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, iso-propoxy group, n-butoxy group, tert- A butoxy group is preferable, and a methoxy group and an ethoxy group are most preferable.
- the halogen atom as a substituent for the aromatic hydrocarbon group include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.
- the halogenated alkyl group as the substituent of the aromatic hydrocarbon group include groups in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group have been substituted with the halogen atoms.
- the aliphatic hydrocarbon group for X may be a saturated aliphatic hydrocarbon group or an unsaturated aliphatic hydrocarbon group.
- the aliphatic hydrocarbon group may be linear, branched or cyclic.
- the aliphatic hydrocarbon group may have a part of the carbon atoms constituting the aliphatic hydrocarbon group substituted by a substituent containing a hetero atom, and the hydrogen atom constituting the aliphatic hydrocarbon group May be substituted with a substituent containing a hetero atom.
- the “heteroatom” in X is not particularly limited as long as it is an atom other than a carbon atom and a hydrogen atom, and examples thereof include a halogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, and a nitrogen atom.
- examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, an iodine atom, and a bromine atom.
- the substituent containing a hetero atom may be composed only of the hetero atom, or may be a group containing a group or atom other than the hetero atom.
- substituents may be included in the ring structure.
- the substituent that substitutes part or all of the hydrogen atoms include an alkoxy group, a halogen atom, a halogenated alkyl group, a hydroxyl group, an oxygen atom ( ⁇ O), and a cyano group.
- the alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, preferably a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an iso-propoxy group, an n-butoxy group, or a tert-butoxy group, and a methoxy group or an ethoxy group. Is most preferred.
- the halogenated alkyl group includes a part or all of hydrogen atoms of an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, for example, an alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, a tert-butyl group, And a group substituted with a halogen atom.
- aliphatic hydrocarbon group examples include a linear or branched saturated hydrocarbon group, a linear or branched monovalent unsaturated hydrocarbon group, or a cyclic aliphatic hydrocarbon group (aliphatic ring).
- Formula group is preferred.
- the linear saturated hydrocarbon group (alkyl group) preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, and most preferably 1 to 10 carbon atoms.
- the branched saturated hydrocarbon group preferably has 3 to 20 carbon atoms, more preferably 3 to 15 carbon atoms, and most preferably 3 to 10 carbon atoms.
- alkyl group preferably has 3 to 20 carbon atoms, more preferably 3 to 15 carbon atoms, and most preferably 3 to 10 carbon atoms.
- Examples include 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methylpentyl group and the like.
- the unsaturated hydrocarbon group preferably has 2 to 10 carbon atoms, preferably 2 to 5, preferably 2 to 4, and particularly preferably 3.
- Examples of the linear monovalent unsaturated hydrocarbon group include a vinyl group, a propenyl group (allyl group), and a butynyl group.
- Examples of the branched monovalent unsaturated hydrocarbon group include a 1-methylpropenyl group and a 2-methylpropenyl group.
- the unsaturated hydrocarbon group is particularly preferably a propenyl group.
- the aliphatic cyclic group may be a monocyclic group or a polycyclic group.
- the carbon number is preferably 3 to 30, more preferably 5 to 30, further preferably 5 to 20, particularly preferably 6 to 15, and most preferably 6 to 12.
- a group in which one or more hydrogen atoms are removed from a monocycloalkane a group in which one or more hydrogen atoms are removed from a polycycloalkane such as bicycloalkane, tricycloalkane, tetracycloalkane, etc.
- a group in which one or more hydrogen atoms are removed from a monocycloalkane a group in which one or more hydrogen atoms are removed from a polycycloalkane such as bicycloalkane, tricycloalkane, tetracycloalkane, etc.
- a monocycloalkane such as cyclopentane or cyclohexane
- polycycloalkanes such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, or tetracyclododecane.
- examples include a group excluding a hydrogen atom.
- the aliphatic cyclic group does not contain a substituent containing a hetero atom in the ring structure, the aliphatic cyclic group is preferably a polycyclic group, and has one or more hydrogen atoms from the polycycloalkane.
- Excluded groups are preferred, and most preferred are groups obtained by removing one or more hydrogen atoms from adamantane.
- the aliphatic cyclic group includes a substituent containing a hetero atom in the ring structure
- examples of the substituent containing a hetero atom include —O—, —C ( ⁇ O) —O—, —S—. , —S ( ⁇ O) 2 — and —S ( ⁇ O) 2 —O— are preferable.
- Specific examples of the aliphatic cyclic group include the following formulas (L1) to (L6), (S1) to (S4), and the like.
- Q ′′ is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms, —O—, —S—, —O—R 94 — or —S—R 95 —, wherein R 94 and R 95 are each independently carbon.
- examples of the alkylene group for Q ′′, R 94 and R 95 include the same alkylene groups as those described above for R 91 to R 93 .
- a part of hydrogen atoms bonded to carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with a substituent.
- the substituent include an alkyl group, an alkoxy group, a halogen atom, a halogenated alkyl group, a hydroxyl group, and an oxygen atom ( ⁇ O).
- the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, particularly preferably a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, or a tert-butyl group.
- Examples of the alkoxy group and the halogen atom are the same as those exemplified as the substituent for substituting part or all of the hydrogen atoms of the aliphatic hydrocarbon group when X is an aliphatic hydrocarbon group. .
- X is preferably a cyclic group which may have a substituent.
- the cyclic group may be an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aliphatic cyclic group which may have a substituent, or a substituent. It is preferably an aliphatic cyclic group that may be used.
- the aromatic hydrocarbon group is preferably a naphthyl group which may have a substituent or a phenyl group which may have a substituent.
- aliphatic cyclic group which may have a substituent a polycyclic aliphatic cyclic group which may have a substituent is preferable.
- the polycyclic aliphatic cyclic group is preferably a group obtained by removing one or more hydrogen atoms from the polycycloalkane, the above (L2) to (L6), (S3) to (S4), and the like.
- Q 1 is a divalent linking group containing an oxygen atom.
- Q 1 may contain an atom other than an oxygen atom.
- atoms other than oxygen atoms include carbon atoms, hydrogen atoms, oxygen atoms, sulfur atoms, and nitrogen atoms.
- the divalent linking group containing an oxygen atom include an oxygen atom (ether bond; —O—), an ester bond (—C ( ⁇ O) —O—), and an amide bond (—C ( ⁇ O) —NH.
- the alkylene group for R 91 to R 93 is preferably a linear or branched alkylene group, and the alkylene group preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 3 carbon atoms. preferable.
- alkylene group examples include a methylene group [—CH 2 —]; —CH (CH 3 ) —, —CH (CH 2 CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —, —C ( Alkyl methylene groups such as CH 3 ) (CH 2 CH 3 ) —, —C (CH 3 ) (CH 2 CH 2 CH 3 ) —, —C (CH 2 CH 3 ) 2 —; ethylene group [—CH 2 CH 2— ]; —CH (CH 3 ) CH 2 —, —CH (CH 3 ) CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 CH 2 —, —CH (CH 2 CH 3 ) CH 2 —, etc.
- Alkylethylene groups trimethylene group (n-propylene group) [—CH 2 CH 2 CH 2 —]; alkyl such as —CH (CH 3 ) CH 2 CH 2 —, —CH 2 CH (CH 3 ) CH 2 — trimethylene; tetramethylene group [-CH 2 CH 2 C 2 CH 2 -]; - CH (CH 3) CH 2 CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH (CH 3) CH 2 CH 2 - alkyl tetramethylene group and the like; pentamethylene group [-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —] and the like.
- Q 1 is preferably a divalent linking group containing an ester bond or an ether bond, and in particular, —R 91 —O—, —R 92 —O—C ( ⁇ O) — or —C ( ⁇ O) — O—R 93 —O—C ( ⁇ O) — is preferred.
- Rf is a fluorinated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms which may have a substituent.
- fluorinated alkylene group for Rf include groups in which some or all of the hydrogen atoms of the alkylene group having 1 to 4 carbon atoms are substituted with fluorine atoms.
- Rf specifically, -CF 2 -, - CF 2 CF 2 -, - CF 2 CF 2 CF 2 -, - CF (CF 3) CF 2 -, - CF (CF 2 CF 3) -, - C (CF 3 ) 2 —, —CF 2 CF 2 CF 2 —, —CF (CF 3 ) CF 2 CF 2 —, —CF 2 CF (CF 3 ) CF 2 —, —CF (CF 3 ) CF (CF 3 ) —, —C (CF 3 ) 2 CF 2 —, —CF (CF 2 CF 3 ) CF 2 —, —CF (CF 2 CF 3 ) —, —C (CF 3 ) (CF 2 CF 3 ) —; —CHF—, —CH 2 CF 2 —, —CH 2 CH 2 CF 2 —, —CH 2 CF 2 CF 2 —,
- Rf is preferably a fluorinated alkylene group in which the carbon atom bonded to the adjacent sulfur atom is fluorinated, —CF 2 —, —CF 2 CF 2 —, —CF 2 CF 2 CF 2 —, or —CH 2 CF 2 CF 2 — (terminal CF 2 is bonded to SO 3 — and CH 2 is bonded to Q 1 ) is more preferable, —CF 2 —, —CF 2 CF 2 — or —CF 2 CF 2 CF 2- is more preferred, and -CF 2 -is particularly preferred.
- the fluorinated alkylene group may have a substituent.
- the term “having a substituent” for the fluorinated alkylene group means that part or all of the hydrogen atom or fluorine atom in the fluorinated alkylene group is substituted with an atom or group other than a hydrogen atom and a fluorine atom. To do.
- the substituent that the fluorinated alkylene group may have include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and a hydroxyl group.
- p is an integer of 1 to 3
- q1 to q2 are each independently an integer of 1 to 5
- q3 is an integer of 1 to 12
- t3 is an integer of 1 to 3
- r1 ⁇ r2 are each independently an integer of 0 to 3
- g is an integer of 1 to 20
- R 7 is a substituent
- n1 to n5 are each independently 0 or 1
- v0 to v5 are each Are independently an integer of 0 to 3
- w1 to w5 are each independently an integer of 0 to 3
- Q ′′ is the same as above.
- R 7 examples of the substituent for R 7 are the same as those described above as the substituent that the aliphatic hydrocarbon group may have and the substituent that the aromatic hydrocarbon group may have in X. Can be mentioned.
- the symbols (r1 to r2, w1 to w5) attached to R 7 are integers of 2 or more, a plurality of R 7 in the compound may be the same or different.
- part of the carbon atoms constituting the aromatic ring may be substituted with a heteroatom.
- the heteroatom is preferably a nitrogen atom (N).
- Z + is an organic cation.
- the organic cation of Z + is not particularly limited, and those that have been proposed as organic cations of onium salt acid generators as acid generators for chemically amplified resists can be used.
- As the organic cation of Z + for example, a sulfonium or iodonium cation represented by the following general formula (b-1 ′) or (b-2 ′) can be used.
- R 1 ′′ to R 3 ′′ and R 5 ′′ to R 6 ′′ each independently represents an aryl group or an alkyl group; among R 1 ′′ to R 3 ′′ in formula (b-1 ′) Any two of them may be bonded together to form a ring together with the sulfur atom in the formula; at least one of R 1 ′′ to R 3 ′′ represents an aryl group, and R 5 ′′ to R 6 ′′ At least one of them represents an aryl group.
- R 1 ′′ to R 3 ′′ each independently represents an aryl group or an alkyl group.
- any two of R 1 ′′ to R 3 ′′ in formula (b-1 ′) may be bonded to each other to form a ring together with the sulfur atom in the formula.
- R 1 " ⁇ R 3” preferably of at least one group represents an aryl group
- R 1 " ⁇ R 3” more preferably 2 or more is an aryl group
- R 1 " ⁇ Most preferably, all of R 3 ′′ are aryl groups.
- the aryl group for R 1 ′′ to R 3 ′′ is not particularly limited, and is, for example, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, in which part or all of the hydrogen atoms are alkyl groups, alkoxy groups It may or may not be substituted with a group, a halogen atom, a hydroxyl group or the like.
- the aryl group is preferably an aryl group having 6 to 10 carbon atoms because it can be synthesized at a low cost. Specific examples include a phenyl group and a naphthyl group.
- the alkyl group on which the hydrogen atom of the aryl group may be substituted is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group, or a tert-butyl group. Is most preferred.
- alkoxy group that may be substituted with a hydrogen atom of the aryl group an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms is preferable, and a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an iso-propoxy group, an n-butoxy group, A tert-butoxy group is preferable, and a methoxy group and an ethoxy group are most preferable.
- the halogen atom that may be substituted for the hydrogen atom of the aryl group is preferably a fluorine atom.
- the alkyl group for R 1 ′′ to R 3 ′′ is not particularly limited, and examples thereof include linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms. From the viewpoint of excellent resolution, the number of carbon atoms is preferably 1 to 5. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, cyclohexyl group, nonyl group, decyl group and the like. A methyl group is preferable because it is excellent in resolution and can be synthesized at low cost.
- Preferred examples of the cation represented by the formula (b-1 ′) include cations represented by the following formulas (I-1-1) to (I-1-11). Among these, those having a triphenylmethane skeleton such as cations represented by the formulas (I-1-1) to (I-1-8) and (I-1-11) are preferable.
- R 9 and R 10 are each independently a phenyl group, naphthyl group or carbon number of 1 to 5 which may have a substituent.
- u is an integer of 1 to 3, and most preferably 1 or 2.
- g2 is a repeating number and represents an integer of 0 to 20.
- cation represented by the formula (b-1 ′) include a cation moiety represented by the following general formula (b-5) or (b-6).
- R 41 to R 46 are each independently an alkyl group, acetyl group, alkoxy group, carboxy group, hydroxyl group, halogen atom, halogenated alkyl group or hydroxyalkyl group; n 1 to n 5 are each independently And n 6 is an integer from 0 to 2. ]
- the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a linear or branched alkyl group, and a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, n Particularly preferred is a -butyl group or a tert-butyl group.
- the alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a linear or branched alkoxy group, and particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group.
- the halogen atom is preferably a fluorine atom.
- the halogenated alkyl group is preferably a group in which one or more hydrogen atoms in the alkyl group are substituted with a halogen atom, and the halogen atom is preferably a fluorine atom.
- the hydroxyalkyl group is preferably a group in which one or more hydrogen atoms in the alkyl group are substituted with a hydroxy group, and examples thereof include a hydroxymethyl group, a hydroxyethyl group, and a hydroxypropyl group.
- n 1 is preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1, and still more preferably 0. n 2 and n 3 are preferably each independently 0 or 1, more preferably 0. n 4 is preferably 0 to 2, more preferably 0 or 1. n 5 is preferably 0 or 1, more preferably 0. n 6 is preferably 0 or 1, more preferably 1.
- R 5 ′′ and R 6 ′′ each independently represents an aryl group or an alkyl group. At least one of R 5 ′′ to R 6 ′′ represents an aryl group. All of R 5 ′′ to R 6 ′′ are preferably aryl groups. As the aryl group for R 5 ′′ and R 6 ′′, the same as the aryl groups for R 1 ′′ to R 3 ′′ can be used. As the alkyl group for R 5 ′′ to R 6 ′′, the same as the alkyl groups for R 1 ′′ to R 3 ′′ can be used. Of these, it is most preferred that all of R 5 ′′ to R 6 ′′ are phenyl groups.
- the oxime sulfonate-based acid generator is a compound having at least one group represented by the following general formula (B-1) and having a property of generating sulfonic acid upon irradiation with radiation. It is.
- Such oxime sulfonate-based acid generators are frequently used for chemically amplified resist compositions, and can be arbitrarily selected and used.
- R 31 and R 32 each independently represents an organic group.
- the organic groups of R 31 and R 32 are groups containing carbon atoms, and atoms other than carbon atoms (for example, hydrogen atoms, oxygen atoms, nitrogen atoms, sulfur atoms, halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, etc.), etc.) You may have.
- a linear, branched, or cyclic alkyl group or aryl group is preferable.
- These alkyl groups and aryl groups may have a substituent.
- the substituent is not particularly limited and includes, for example, a fluorine atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
- the alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 10 carbon atoms, still more preferably 1 to 8 carbon atoms, particularly preferably 1 to 6 carbon atoms, and most preferably 1 to 4 carbon atoms.
- a partially or completely halogenated alkyl group (hereinafter sometimes referred to as a halogenated alkyl group) is particularly preferable.
- the partially halogenated alkyl group means an alkyl group in which a part of hydrogen atoms is substituted with a halogen atom, and the fully halogenated alkyl group means that all of the hydrogen atoms are halogen atoms.
- the aryl group preferably has 4 to 20 carbon atoms, more preferably 4 to 10 carbon atoms, and most preferably 6 to 10 carbon atoms.
- a partially or completely halogenated aryl group is particularly preferable.
- the partially halogenated aryl group means an aryl group in which a part of hydrogen atoms is substituted with a halogen atom, and the fully halogenated aryl group means that all of the hydrogen atoms are halogen atoms.
- R 31 is particularly preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms having no substituent or a fluorinated alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
- R 32 a linear, branched, or cyclic alkyl group, aryl group, or cyano group is preferable.
- the alkyl group and aryl group for R 32 the same alkyl groups and aryl groups as those described above for R 31 can be used.
- R 32 is particularly preferably a cyano group, an unsubstituted alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or a fluorinated alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
- oxime sulfonate acid generator examples include compounds represented by the following general formula (B-2) or (B-3).
- R 33 represents a cyano group, an alkyl group having no substituent, or a halogenated alkyl group.
- R 34 is an aryl group.
- R 35 represents an alkyl group having no substituent or a halogenated alkyl group.
- R 36 represents a cyano group, an alkyl group having no substituent, or a halogenated alkyl group.
- R 37 is a divalent or trivalent aromatic hydrocarbon group.
- R38 is an alkyl group having no substituent or a halogenated alkyl group.
- p ′′ is 2 or 3.
- the alkyl group or halogenated alkyl group having no substituent of R 33 preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, Numbers 1 to 6 are most preferable.
- R 33 is preferably a halogenated alkyl group, more preferably a fluorinated alkyl group.
- the fluorinated alkyl group for R 33 is preferably such that the hydrogen atom of the alkyl group is 50% or more fluorinated, more preferably 70% or more fluorinated, and 90% or more fluorinated. Particularly preferred.
- aryl group of R 34 one hydrogen atom is removed from an aromatic hydrocarbon ring such as a phenyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, or a phenanthryl group.
- a fluorenyl group is preferable.
- the aryl group of R 34 may have a substituent such as an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group, or an alkoxy group.
- the alkyl group or halogenated alkyl group in the substituent preferably has 1 to 8 carbon atoms, and more preferably 1 to 4 carbon atoms.
- the halogenated alkyl group is preferably a fluorinated alkyl group.
- the alkyl group or halogenated alkyl group having no substituent for R 35 preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and most preferably 1 to 6 carbon atoms.
- R 35 is preferably a halogenated alkyl group, more preferably a fluorinated alkyl group.
- the fluorinated alkyl group for R 35 is preferably such that the hydrogen atom of the alkyl group is 50% or more fluorinated, more preferably 70% or more fluorinated, and 90% or more fluorinated. Particularly preferred is the strength of the acid generated. Most preferably, it is a fully fluorinated alkyl group in which a hydrogen atom is 100% fluorine-substituted.
- the alkyl group or halogenated alkyl group having no substituent for R 36 is the same as the alkyl group or halogenated alkyl group having no substituent for R 33. Is mentioned.
- Examples of the divalent or trivalent aromatic hydrocarbon group for R 37 include groups obtained by further removing one or two hydrogen atoms from the aryl group for R 34 .
- Examples of the alkyl group or halogenated alkyl group having no substituent of R 38 include the same alkyl groups or halogenated alkyl groups having no substituent as R 35 described above.
- p ′′ is preferably 2.
- oxime sulfonate acid generator examples include ⁇ - (p-toluenesulfonyloxyimino) -benzyl cyanide, ⁇ - (p-chlorobenzenesulfonyloxyimino) -benzyl cyanide, ⁇ - (4-nitrobenzenesulfonyloxy).
- an oxime sulfonate-based acid generator disclosed in JP-A-9-208554 (paragraphs [0012] to [0014] [Chemical 18] to [Chemical 19]), pamphlet of International Publication No. 04/074242,
- the oxime sulfonate acid generators disclosed in Examples 1 to 40) on pages 65 to 86 can also be suitably used. Moreover, the following can be illustrated as a suitable thing.
- Specific examples of bisalkyl or bisarylsulfonyldiazomethanes among sulfonyldiazomethane acid generators include bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (1,1-dimethylethylsulfonyl) diazomethane. Bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (2,4-dimethylphenylsulfonyl) diazomethane, and the like.
- sulfonyldiazomethane acid generators disclosed in JP-A-11-035551, JP-A-11-035552, and JP-A-11-035573 can also be suitably used.
- poly (bissulfonyl) diazomethanes include 1,3-bis (phenylsulfonyldiazomethylsulfonyl) propane and 1,4-bis (phenylsulfonyldiazo) disclosed in JP-A-11-322707.
- Door can be.
- the imide sulfonate acid generator is not particularly limited, and examples thereof include norbornene dicarboxyimide perfluoroalkane sulfonate.
- the nitrobenzyl sulfonate acid generator is not particularly limited, and examples thereof include 2,4-dinitrobenzyl sulfonate, 2-nitrobenzyl sulfonate, 2,6-dinitrobenzyl sulfonate, and the like.
- (B1) component in this invention it is preferable that it is an onium salt type
- the acid generation represented by the said Formula (b1) The acid generator is more preferable, and the acid generators represented by the above formulas (b1-1) to (b1-8) are particularly preferable.
- the component (B1) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the content ratio of the component (B1) in the component (B) is preferably 40% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even 100% by mass. Good.
- the content ratio of the component (B1) is not less than the lower limit of the above range, the lithography properties and the resist pattern shape are excellent.
- component (B2) in addition to the component (B1), an acid generator component that does not correspond to the component (B1) as necessary (hereinafter referred to as “component (B2)”). It may contain.
- component (B2) is not particularly limited as long as it does not correspond to the component (B1), and any of those that have been proposed as acid generators for chemically amplified resists can be used.
- Examples of the component (B2) include onium salt acid generators having an anion moiety represented by the following general formula (b-3) or (b-4). In the onium salt-based acid generator, the cation moiety may be the same as Z + of the component (B1).
- X ′′ represents an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom
- Y ′′ and Z ′′ each independently represent at least one hydrogen atom as a fluorine atom
- X ′′ is a linear or branched alkylene group in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom, and the alkylene group has 2 to 6 carbon atoms, preferably 3 to 5 carbon atoms, Most preferably, it has 3 carbon atoms.
- Y ′′ and Z ′′ are each independently a linear or branched alkyl group in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom, and the alkyl group has 1 to 10 carbon atoms, Has 1 to 7 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms.
- the carbon number of the alkylene group of X ′′ or the carbon number of the alkyl group of Y ′′ and Z ′′ is preferably as small as possible because the solubility in the resist solvent is good within the above carbon number range.
- the strength of the acid increases as the number of hydrogen atoms substituted with fluorine atoms increases, and high-energy light or electron beam of 200 nm or less
- the ratio of fluorine atoms in the alkylene group or alkyl group, that is, the fluorination rate is preferably 70 to 100%, more preferably 90 to 100%, and most preferably all.
- the component (B2) one type of acid generator may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the content ratio of the component (B2) in the component (B) is preferably 0.5 to 40% by mass, The content is more preferably 0.5 to 15% by mass, and further preferably 0.5 to 8% by mass.
- the total content of component (B) in the resist composition of the present invention is preferably 1 to 70 parts by weight, more preferably 3 to 60 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of component (A). Is more preferable, and 10 to 30 parts by mass is most preferable. By setting it in the above range, the resolution at the time of pattern formation becomes good. Moreover, since a uniform solution is obtained and storage stability becomes favorable, it is preferable.
- the resist composition of the present invention may contain a basic compound component (D) (hereinafter referred to as “component (D)”) as an optional component.
- component (D) acts as an acid diffusion controller, that is, a quencher that traps the acid generated from the component (B) by exposure.
- the “basic compound” refers to a compound that is relatively basic with respect to the component (B).
- the component (D) in the present invention may be a basic compound (D1) (hereinafter referred to as “component (D1)”) composed of a cation moiety and an anion moiety, and does not correspond to the component (D1). It may be a basic compound (D2) (hereinafter referred to as “component (D2)”).
- the component (D1) is a compound (d1-1) represented by the following general formula (d1-1) (hereinafter referred to as “(d1-1) component”), the following general formula (d1- 2) (d1-2) (hereinafter referred to as “component (d1-2)”), and compound (d1-3) represented by the following general formula (d1-3) (hereinafter “ It is preferable to contain one or more selected from the group consisting of “(d1-3) component”.
- R 1 is a hydrocarbon group which may have a substituent
- Z 2c is a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent (provided that S 1 is adjacent to S). the carbon is a fluorine atom and non-substituted)
- R 2 is an organic group
- Y 3 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or an arylene group
- Rf is a fluorine atom
- each M + is independently an organic cation.
- R 1 is a hydrocarbon group which may have a substituent.
- the hydrocarbon group which may have a substituent for R 1 may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group, and the aliphatic hydrocarbon group for X in component (B) And the same as the aromatic hydrocarbon group.
- the hydrocarbon group which may have a substituent of R 1 is an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or an aliphatic cyclic group which may have a substituent.
- the hydrocarbon group which may have a substituent for R 1 is preferably a linear, branched, or alicyclic alkyl group, or a fluorinated alkyl group.
- the linear, branched or alicyclic alkyl group of R 1 preferably has 1 to 10 carbon atoms, specifically, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, Linear alkyl group such as hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, 1-methylethyl group, 1-methylpropyl group, 2-methylpropyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group Branched alkyl groups such as 3-methylbutyl group, 1-ethylbutyl group, 2-ethylbutyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methyl
- the fluorinated alkyl group for R 1 may be linear or cyclic, but is preferably linear or branched.
- the fluorinated alkyl group preferably has 1 to 11 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and still more preferably 1 to 4 carbon atoms.
- a part or all of a linear alkyl group such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, etc.
- a branched chain such as a 1-methylethyl group, a 1-methylpropyl group, a 2-methylpropyl group, a 1-methylbutyl group, a 2-methylbutyl group, or a 3-methylbutyl group.
- the fluorinated alkyl group for R 1 may contain an atom other than a fluorine atom. Examples of atoms other than fluorine atoms include oxygen atoms, carbon atoms, hydrogen atoms, oxygen atoms, sulfur atoms, and nitrogen atoms.
- the fluorinated alkyl group for R 1 is preferably a group in which some or all of the hydrogen atoms constituting the linear alkyl group are substituted with fluorine atoms. It is preferable that all the hydrogen atoms which comprise are the group (perfluoroalkyl group) substituted by the fluorine atom.
- M + is an organic cation.
- the organic cation of M + is not particularly limited, and examples thereof include cation moieties represented by the above formulas (b-1 ′) and (b-2 ′).
- the component (d1-1) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- Z 2c is a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
- the hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent of Z 2c may be an aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group, and in the formula (b1), Examples are the same as the aliphatic hydrocarbon group and aromatic hydrocarbon group of X.
- the hydrocarbon group which may have a substituent of Z 2c is preferably an aliphatic cyclic group which may have a substituent, adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, It is more preferably a group obtained by removing one or more hydrogen atoms from tetracyclododecane, camphor or the like (which may have a substituent).
- the hydrocarbon group for Z 2c may have a substituent, and examples of the substituent include the same as those for X in the component (B). However, in Z 2c, SO 3 - carbon adjacent to S atoms in shall not substituted with fluorine.
- the anion of the component (d1-2) becomes an appropriate weak acid anion, and the quenching ability of the component (D) is improved.
- Preferred specific examples of the anion moiety of the component (d1-2) are shown below.
- M + is the same as M + in the formula (d1-1) in.
- the component (d1-2) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- R 2 represents an organic group.
- the organic group of R 2 is not particularly limited, but is an alkyl group, an alkoxy group, —O—C ( ⁇ O) —C (R C2 ) ⁇ CH 2 (R C2 is a hydrogen atom, a carbon number of 1 to 5) Or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms), or —O—C ( ⁇ O) —R C3 (R C3 is a hydrocarbon group).
- the alkyl group of R 2 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and specifically includes a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group. Tert-butyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group and the like.
- a part of hydrogen atoms of the alkyl group of R 2 may be substituted with a hydroxyl group, a cyano group, or the like.
- the alkoxy group of R 2 is preferably an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms.
- alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, iso-propoxy group, n- Examples include butoxy group and tert-butoxy group. Of these, a methoxy group and an ethoxy group are most preferable.
- R C2 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. is there.
- the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in R C2 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- halogenated alkyl group for R C2 is a group in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms are substituted with a halogen atom.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is particularly preferable.
- R C2 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorinated alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and is most preferably a hydrogen atom or a methyl group from the viewpoint of industrial availability.
- R C3 is a hydrocarbon group.
- the hydrocarbon group for R C3 may be an aromatic hydrocarbon group or an aliphatic hydrocarbon group. Specific examples of the hydrocarbon group for R C3 include the same hydrocarbon groups as those for X in the component (B).
- the hydrocarbon group for R C3 an alicyclic group in which one or more hydrogen atoms are removed from a cycloalkane such as cyclopentane, cyclohexane, adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, tetracyclododecane, or the like, or Aromatic groups such as phenyl group and naphthyl group are preferred.
- R C3 is an alicyclic group, the resist composition is well dissolved in an organic solvent, so that the lithography properties are improved.
- R C3 is an aromatic group, in lithography using EUV or the like as an exposure light source, the resist composition is excellent in light absorption efficiency, and sensitivity and lithography characteristics are good.
- R 2 —O—C ( ⁇ O) —C (R C2 ′) ⁇ CH 2 (R C2 ′ is a hydrogen atom or a methyl group), or —O—C ( ⁇ O ) —R C3 ′ (R C3 ′ is an aliphatic cyclic group).
- Y 3 represents a linear, branched or cyclic alkylene group or an arylene group.
- linear, branched or cyclic alkylene group or arylene group for Y 3 among the divalent linking groups for Y 2 in the above formula (a1-0-2), “linear or branched chain” And the same as the “cyclic aliphatic hydrocarbon group”, “cyclic aliphatic hydrocarbon group”, and “aromatic hydrocarbon group”.
- Y 3 is preferably an alkylene group, more preferably a linear or branched alkylene group, and even more preferably a methylene group or an ethylene group.
- Rf represents a hydrocarbon group containing a fluorine atom.
- the hydrocarbon group containing a fluorine atom of Rf is preferably a fluorinated alkyl group, and more preferably the same as the fluorinated alkyl group of R 1 .
- Preferred specific examples of the anion moiety of the component (d1-3) are shown below.
- M + is the same as M + in the formula (d1-1) in.
- the component (d1-3) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the component (D1) may contain only one of the above components (d1-1) to (d1-3), or may contain two or more in combination.
- the total content of the components (d1-1) to (d1-3) is preferably 0.5 to 10.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and 0.5 to 8
- the amount is more preferably 0.0 parts by mass, and further preferably 1.0 to 8.0 parts by mass.
- the method for producing the component (d1-1) and the component (d1-2) in the present invention is not particularly limited and can be produced by a known method. Further, the production method of the component (d1-3) is not particularly limited.
- R 2 in the formula (d1-3) is a group having an oxygen atom at the terminal bonded to Y 3.
- R 2, Y 3, Rf , M + respectively, the general formula (d1-3) in R 2, Y 3, Rf, is the same as M +.
- R 2a is a group obtained by removing a terminal oxygen atom from R 2
- Z ⁇ is a counter anion.
- compound (i-1) and compound (i-2) are reacted to obtain compound (i-3).
- R 2 is as defined above, and R 2a is a group obtained by removing the terminal oxygen atom from R 2 .
- Y 3 and Rf are the same as described above.
- compound (i-1) and compound (i-2) commercially available compounds may be used or synthesized.
- a method of reacting compound (i-1) and compound (i-2) to obtain compound (i-3) is not particularly limited.
- compound (i-) can be obtained in the presence of a suitable acid catalyst. After reacting 2) with compound (i-1) in an organic solvent, the reaction mixture can be washed and recovered.
- the acid catalyst in the above reaction is not particularly limited, and examples thereof include toluenesulfonic acid, and the amount used is preferably about 0.05 to 5 mol with respect to 1 mol of compound (i-2).
- the organic solvent in the above reaction is not particularly limited as long as it can dissolve the starting compounds (i-1) and (i-2), and specific examples thereof include toluene.
- the amount is preferably 0.5 to 100 parts by mass, more preferably 0.5 to 20 parts by mass with respect to (i-1).
- a solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- the amount of compound (i-2) to be used in the above reaction is usually preferably about 0.5 to 5 mol, more preferably about 0.8 to 4 mol, relative to 1 mol of compound (i-1).
- the reaction time in the above reaction varies depending on the reactivity between the compound (i-1) and the compound (i-2), the reaction temperature, etc., but is usually preferably 1 to 80 hours, more preferably 3 to 60 hours. .
- the reaction temperature in the above reaction is preferably 20 ° C. to 200 ° C., more preferably about 20 ° C. to 150 ° C.
- the compound (i-3) obtained is reacted with the compound (i-4) to obtain the compound (d1-3).
- M + is the same as above, and Z ⁇ is a counter anion.
- the method for obtaining the compound (d1-3) by reacting the compound (i-3) with the compound (i-4) is not particularly limited.
- the compound is obtained in the presence of a suitable alkali metal hydroxide. This can be carried out by dissolving (i-3) in a suitable organic solvent and water, adding compound (i-4) and reacting with stirring.
- the alkali metal hydroxide in the above reaction is not particularly limited, and examples thereof include sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like.
- the amount used is 0.3 to 1 mol per 1 mol of compound (i-3). About 3 mol is preferable.
- the organic solvent in the above reaction include solvents such as dichloromethane, chloroform, and ethyl acetate, and the amount used is preferably 0.5 to 100 parts by mass with respect to compound (i-3). More preferably, it is 5 to 20 parts by mass.
- a solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- the amount of compound (i-4) used in the above reaction is usually preferably about 0.5 to 5 mol, more preferably about 0.8 to 4 mol, relative to 1 mol of compound (i-3).
- the reaction time in the above reaction varies depending on the reactivity between the compound (i-3) and the compound (i-4), the reaction temperature, etc., but is usually preferably 1 to 80 hours, more preferably 3 to 60 hours. .
- the reaction temperature in the above reaction is preferably 20 ° C. to 200 ° C., more preferably about 20 ° C. to 150 ° C.
- the compound (d1-3) in the reaction solution may be isolated and purified.
- conventionally known methods can be used. For example, concentration, solvent extraction, distillation, crystallization, recrystallization, chromatography, etc. can be used alone or in combination of two or more thereof. it can.
- the structure of the compound (d1-3) obtained as described above has the following structure: 1 H-nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum method, 13 C-NMR spectrum method, 19 F-NMR spectrum method, infrared absorption (IR) spectrum method. , Mass spectrometry (MS) method, elemental analysis method, X-ray crystal diffraction method and other general organic analysis methods.
- the component (D2) is particularly limited as long as it is a compound that is relatively basic to the component (B), acts as an acid diffusion controller, and does not fall under the component (D1). It may be used arbitrarily from known ones. Of these, aliphatic amines, particularly secondary aliphatic amines and tertiary aliphatic amines are preferred.
- the aliphatic amine is an amine having one or more aliphatic groups, and the aliphatic groups preferably have 1 to 12 carbon atoms.
- aliphatic amine examples include an amine (alkyl amine or alkyl alcohol amine) or a cyclic amine in which at least one hydrogen atom of ammonia NH 3 is substituted with an alkyl group or hydroxyalkyl group having 12 or less carbon atoms.
- alkylamine and alkyl alcohol amine include monoalkylamines such as n-hexylamine, n-heptylamine, n-octylamine, n-nonylamine, n-decylamine; diethylamine, di-n-propylamine, di- -Dialkylamines such as n-heptylamine, di-n-octylamine, dicyclohexylamine; trimethylamine, triethylamine, tri-n-propylamine, tri-n-butylamine, tri-n-pentylamine, tri-n-hexylamine , Trialkylamines such as tri-n-heptylamine, tri-n-octylamine, tri-n-nonylamine, tri-n-decylamine, tri-n-dodecylamine; diethanolamine, triethanolamine, diisopropanolamine, Li iso
- Examples of the cyclic amine include heterocyclic compounds containing a nitrogen atom as a hetero atom.
- the heterocyclic compound may be monocyclic (aliphatic monocyclic amine) or polycyclic (aliphatic polycyclic amine).
- Specific examples of the aliphatic monocyclic amine include piperidine and piperazine.
- As the aliphatic polycyclic amine those having 6 to 10 carbon atoms are preferable. Specifically, 1,5-diazabicyclo [4.3.0] -5-nonene, 1,8-diazabicyclo [5. 4.0] -7-undecene, hexamethylenetetramine, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, and the like.
- Other aliphatic amines include tris (2-methoxymethoxyethyl) amine, tris ⁇ 2- (2-methoxyethoxy) ethyl ⁇ amine, tris ⁇ 2- (2-methoxyethoxymethoxy) ethyl ⁇ amine, tris ⁇ 2 -(1-methoxyethoxy) ethyl ⁇ amine, tris ⁇ 2- (1-ethoxyethoxy) ethyl ⁇ amine, tris ⁇ 2- (1-ethoxypropoxy) ethyl ⁇ amine, tris [2- ⁇ 2- (2-hydroxy Ethoxy) ethoxy ⁇ ethyl] amine, triethanolamine triacetate and the like, and triethanolamine triacetate is preferable.
- Aromatic amines include aniline, pyridine, 4-dimethylaminopyridine, pyrrole, indole, pyrazole, imidazole or derivatives thereof, diphenylamine, triphenylamine, tribenzylamine, 2,6-diisopropylaniline, N-tert-butoxy. And carbonylpyrrolidine.
- a component may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.
- the component (D2) is usually used in the range of 0.01 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). By setting it as the above range, the resist pattern shape, the stability over time, and the like are improved.
- a component may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
- the component (D) is preferably 0.1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and 0.3 to The amount is more preferably 12 parts by mass, and further preferably 0.5 to 12 parts by mass.
- it is at least the lower limit of the above range lithography properties such as roughness are further improved when a resist composition is used. Further, a better resist pattern shape can be obtained.
- the amount is not more than the upper limit of the above range, the sensitivity can be maintained satisfactorily and the throughput is excellent.
- the resist composition of the present invention comprises an organic carboxylic acid, a phosphorus oxo acid, and derivatives thereof as optional components for the purpose of preventing sensitivity deterioration and improving the resist pattern shape and stability with time.
- At least one compound (E) selected from the group (hereinafter referred to as component (E)) can be contained.
- the organic carboxylic acid for example, acetic acid, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid and the like are suitable.
- phosphorus oxo acids include phosphoric acid, phosphonic acid, and phosphinic acid. Among these, phosphonic acid is particularly preferable.
- Examples of the oxo acid derivative of phosphorus include esters in which the hydrogen atom of the oxo acid is substituted with a hydrocarbon group.
- Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and 6 to 6 carbon atoms. 15 aryl groups and the like.
- Examples of phosphoric acid derivatives include phosphoric acid esters such as di-n-butyl phosphate and diphenyl phosphate.
- Examples of the phosphonic acid derivatives include phosphonic acid esters such as phosphonic acid dimethyl ester, phosphonic acid-di-n-butyl ester, phosphonic acid phenyl ester, phosphonic acid diphenyl ester, and phosphonic acid dibenzyl ester.
- phosphinic acid derivatives include phosphinic acid esters and phenylphosphinic acid.
- a component may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- the component (E) is usually used in the range of 0.01 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).
- the resist composition of the present invention may contain a fluorine additive (hereinafter referred to as “component (F)”) in order to impart water repellency to the resist film.
- component (F) for example, fluorine-containing polymer compounds described in JP 2010-002870 A can be used. More specifically, the component (F) includes a polymer having a structural unit (f1) represented by the following formula (f1-1).
- Examples of such a polymer include a polymer consisting of only the structural unit (f1) (homopolymer); a copolymer of the structural unit represented by the following formula (f1-1) and the structural unit (a1); A copolymer of the structural unit represented by (f1-1), a structural unit derived from acrylic acid or methacrylic acid, and the structural unit (a1) is preferable.
- the structural unit (a1) copolymerized with the structural unit represented by the following formula (f1-1) is preferably a structural unit represented by the formula (a1-0-1).
- the structural unit represented by (a1-1-32) is particularly preferred.
- R is the same as defined above, and R 45 and R 46 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, A plurality of R 45 or R 46 may be the same or different.
- a1 is an integer of 1 to 5
- R 7 ′′ is an organic group containing a fluorine atom.
- R is as defined above.
- R is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
- examples of the halogen atom for R 45 and R 46 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, with a fluorine atom being particularly preferred.
- examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R 45 and R 46 include the same as the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R, and a methyl group or an ethyl group is preferable.
- halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms of R 45 and R 46 include a group in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms are substituted with a halogen atom.
- halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is particularly preferable.
- R 45 and R 46 a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is preferable, and a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or an ethyl group is preferable.
- a1 is an integer of 1 to 5, preferably an integer of 1 to 3, and more preferably 1 or 2.
- R 7 ′′ is an organic group containing a fluorine atom, and is preferably a hydrocarbon group containing a fluorine atom.
- the hydrocarbon group containing a fluorine atom may be linear, branched or cyclic, and preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms. Particularly preferred are those having 1 to 10 carbon atoms.
- the hydrocarbon group containing a fluorine atom preferably has 25% or more of the hydrogen atoms in the hydrocarbon group fluorinated, more preferably 50% or more fluorinated, and 60% or more. Fluorination is particularly preferable because the hydrophobicity of the resist film during immersion exposure is increased.
- a fluorinated hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms is particularly preferable, and a methyl group, —CH 2 —CF 3 , —CH 2 —CF 2 —CF 3 , —CH (CF 3 ) 2 , —CH 2 —CH 2 —CF 3 , —CH 2 —CH 2 —CF 2 —CF 2 —CF 3 are most preferred.
- the mass average molecular weight (Mw) of the component (F) is preferably 1000 to 50000, more preferably 5000 to 40000, and most preferably 10,000 to 30000. If it is below the upper limit of this range, it has sufficient solubility in a resist solvent to be used as a resist, and if it is above the lower limit of this range, dry etching resistance and resist pattern cross-sectional shape are good.
- the dispersity (Mw / Mn) of the component (F) is preferably 1.0 to 5.0, more preferably 1.0 to 3.0, and most preferably 1.2 to 2.5.
- a component may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- Component (F) is used at a ratio of 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of component (A).
- a crosslinking agent (hereinafter sometimes referred to as “component (G)”) can be used.
- component (G) the heat resistance and chemical resistance of the resulting resist pattern can be further improved.
- the component (G) is not particularly limited, and may be arbitrarily selected from conventionally known ones, for example, cross-linking agents used in conventionally known chemically amplified negative resist compositions. be able to.
- component (G) include reacting formaldehyde or formaldehyde and a lower alcohol with an amino group-containing compound such as melamine, acetoguanamine, benzoguanamine, urea, ethylene urea, propylene urea, glycoluril, and the like.
- an amino group-containing compound such as melamine, acetoguanamine, benzoguanamine, urea, ethylene urea, propylene urea, glycoluril, and the like.
- an amino group-containing compound such as melamine, acetoguanamine, benzoguanamine, urea, ethylene urea, propylene urea, glycoluril, and the like.
- an amino group-containing compound such as melamine, acetoguanamine, benzoguanamine, urea, ethylene urea, propylene urea, glycoluril, and the like.
- melamine melamine crosslinking agents
- those using urea are
- the crosslinking agent is selected from the group consisting of melamine crosslinking agents, urea crosslinking agents, alkylene urea crosslinking agents, glycoluril crosslinking agents, and ring-opening polymerization crosslinking agents such as epoxy crosslinking agents and oxetane crosslinking agents. And at least one kind is preferable, and an epoxy-based crosslinking agent is particularly preferable.
- Melamine-based crosslinking agents include compounds in which melamine and formaldehyde are reacted to replace amino group hydrogen atoms with hydroxymethyl groups, and melamine, formaldehyde and lower alcohols are reacted to convert amino group hydrogen atoms into lower alkoxy groups.
- Examples include compounds substituted with a methyl group. Specific examples include hexamethoxymethyl melamine, hexaethoxymethyl melamine, hexapropoxymethyl melamine, hexabutoxybutyl melamine, and the like, among which hexamethoxymethyl melamine is preferable.
- Urea-based crosslinking agents include compounds in which urea and formaldehyde are reacted to replace amino group hydrogen atoms with hydroxymethyl groups, and urea, formaldehyde and lower alcohols are reacted to convert amino group hydrogen atoms into lower alkoxy groups. Examples include compounds substituted with a methyl group. Specific examples include bismethoxymethylurea, bisethoxymethylurea, bispropoxymethylurea, bisbutoxymethylurea and the like, with bismethoxymethylurea being preferred. Examples of the urea-based crosslinking agent include compounds represented by the following general formulas (G-1) to (G-3).
- R 5 ′, R 6 ′, R 8 ′ to R 17 ′ are each independently a hydroxyl group or an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and R 3 ′ and R 4 ′ are each independently a hydrogen atom, A hydroxyl group or an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and v is 0 or an integer of 1 to 2; ]
- R 5 ′, R 6 ′, R 8 ′ to R 11 ′, R 12 ′ to R 17 ′ are alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms, they are preferably alkoxy groups having 1 to 4 carbon atoms. It may be chain-like or branched. R 5 ′ and R 6 ′, R 8 ′ to R 11 ′, or R 12 ′ to R 17 ′ may be the same or different from each other. More preferably, they are the same.
- R 3 ′ and R 4 ′ are alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms, they are preferably alkoxy groups having 1 to 4 carbon atoms, which may be linear or branched. R 3 ′ and R 4 ′ may be the same or different from each other. More preferably, they are the same.
- v is 0 or an integer of 1 to 2, preferably 0 or 1.
- alkylene urea crosslinking agent represented by the general formula (G-1) in particular, a compound in which v is 0 (ethylene urea crosslinking agent) and / or a compound in which v is 1 (propylene urea crosslinking agent) Is preferred.
- the alkylene urea crosslinking agent represented by the general formula (G-1) can be obtained by condensation reaction of alkylene urea and formalin, and by reacting this product with a lower alcohol.
- alkylene urea crosslinking agent examples include, for example, mono and / or dihydroxymethylated ethylene urea, mono and / or dimethoxymethylated ethylene urea, mono and / or diethoxymethylated ethylene urea, mono and / or dipropoxy Ethylene urea-based crosslinking agents such as methylated ethylene urea, mono and / or dibutoxymethylated ethylene urea; mono and / or dihydroxymethylated propylene urea, mono and / or dimethoxymethylated propylene urea, mono and / or diethoxymethyl Propylene urea crosslinkers such as propylene urea, mono and / or dipropoxymethylated propylene urea, mono and / or dibutoxymethylated propylene urea; 1,3-di (methoxymethyl) 4,5-dihydroxy-2- Imidazolidinone, 1,3-di (Metoki Like, etc.) -4,5-d
- glycoluril-based crosslinking agent examples include glycoluril derivatives in which the N position is substituted with one or both of a hydroxyalkyl group and an alkoxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
- a glycoluril derivative can be obtained by a condensation reaction between glycoluril and formalin, and by reacting this product with a lower alcohol.
- glycoluril-based crosslinking agent examples include, for example, mono, di, tri and / or tetrahydroxymethylated glycoluril; mono, di, tri and / or tetramethoxymethylated glycoluril; mono, di, tri and / or Examples include tetraethoxymethylated glycoluril; mono, di, tri and / or tetrapropoxymethylated glycoluril; mono, di, tri and / or tetrabutoxymethylated glycoluril.
- the epoxy-based crosslinking agent is not particularly limited as long as it has an epoxy group, and can be arbitrarily selected and used. Among them, those having two or more epoxy groups are preferable. By having two or more epoxy groups, crosslinking reactivity is improved.
- the number of epoxy groups is preferably 2 or more, more preferably 2 to 6, and most preferably 4.
- the following are suitable as the epoxy-based crosslinking agent. In the following formula, n79 is 0 or 1, n80 is 3 or 4, R 85 and R 86 are each independently a hydrogen atom or a methyl group, and a plurality of R 85 and R 86 are the same. N81 is independently 0 or 1, and n82 and n83 are 0 or 1.
- the oxetane-based crosslinking agent is not particularly limited as long as it has an oxetane ring structure, and can be arbitrarily selected and used. Among them, those having 2 to 4 oxetane rings are preferable.
- a suitable oxetane-based crosslinking agent is shown below.
- R 87 and R 89 are each independently a hydrogen atom, a linear, branched, or cyclic alkyl group, an allyl group, or an aromatic hydrocarbon group.
- the alkyl group and the aromatic hydrocarbon group are the same as those described for X in the component (B).
- R 88 is a divalent linking group, and examples thereof include the same as the divalent linking group in the above formula (a1-0-2).
- n10 is an integer of 1 to 3.
- crosslinking agents may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- the blending amount of the crosslinking agent is preferably 0.5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of component (A). Part is more preferable, and 5 to 20 parts by mass is further preferable.
- the content of the crosslinking agent is not less than the lower limit of the above range, the effect of blending the crosslinking agent is sufficiently obtained, and when it is not more than the upper limit, the storage stability of the resist composition is good.
- a photosensitizer (hereinafter sometimes referred to as “component (H)”) can be used.
- the component (H) is not particularly limited as long as it can absorb energy by exposure and transmit the energy to other substances.
- Specific examples of the component (H) include benzobenzophenone photosensitizers such as benzophenone and p, p′-tetramethyldiaminobenzophenone, carbazole photosensitizers, acetophene photosensitizers, and 1,5-dihydroxy.
- Naphthalene photosensitizers such as naphthalene, phenol photosensitizers, anthracene photosensitizers such as 9-ethoxyanthracene, and known photosensitizers such as biacetyl, eosin, rose bengal, pyrene, phenothiazine, and anthrone.
- the component (H) in the present invention is preferably a photosensitizer having a polar group or a photosensitizer having 6 to 18 carbon atoms, and is benzophenone, pyrene, or 1,5-dihydroxynaphthalene. It is particularly preferred.
- the component (H) one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the content of the component (H) is preferably 0.5 to 20 parts by mass, more preferably 2 to 12 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A), and 4 to 8 parts by mass. More preferably. By setting the above range, it is possible to balance sensitivity, EL margin, and MEF.
- the resist composition of the present invention may be referred to as a surfactant (hereinafter referred to as “(J) component”).
- a surfactant hereinafter referred to as “(J) component”.
- the component (J) is not particularly limited, and those commonly used in resist compositions can be used. Among them, the fluorosurfactant (J1) (hereinafter referred to as “(J1) component”). Or silicon (siloxane) surfactant (J2) (hereinafter referred to as “(J2) component”).
- component (J1) examples include fluorine-based surfactants having an alkylene oxide chain containing a group represented by the following general formula (j1-0).
- R f is a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
- R 4 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a single bond.
- R f is a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Since the number of carbon atoms is 6 or less, it does not correspond to so-called PFOAs or PFOSs.
- the fluorinated alkyl group preferably has 1 to 3 carbon atoms, and particularly preferably has 1 or 2 carbon atoms.
- the fluorination rate of the fluorinated alkyl group is preferably 10 to 100%, more preferably 50 to 100%.
- An alkyl group (perfluoroalkyl group) is most preferred.
- R 4 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a single bond, preferably a methylene group, an ethylene group or a propylene group, and most preferably a methylene group.
- Examples of such a component (J1) include compounds represented by the following general formula (j1-1).
- R f is a fluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
- R 4 and R 5 are each independently an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a single bond
- R 7 is hydrogen or carbon number 1 to 5 alkyl groups
- n 1 is 1 to 50
- n 2 is 0 or 1.
- R f and R 4 are the same as R f and R 4 in the formula (j1-0), respectively.
- R 5 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a single bond, preferably a methylene group or an ethylene group, and most preferably a methylene group.
- R 7 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, preferably a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, and most preferably a methyl group.
- n 1 is 1 to 50, and 1 to 40 is preferable and 3 to 35 is more preferable because the effects of the present invention are further improved.
- n 2 is 0 or 1, and 1 is preferable.
- Suitable component (J1) examples include polyfox series PF-636, PF-6320, PF-656, and PF-6520 (all trade names, manufactured by Omninova).
- PF-656 and PF-6320 have good coatability when a resist composition is coated on a support, can reduce the amount of the coating solution, and can reduce the film thickness of the resist film. This is preferable because the uniformity of the film can be improved.
- (J2) component for example, a polyester-modified polydialkylsiloxane-based interface containing a repeating unit represented by the following general formula (j2-0) and a repeating unit represented by the following general formula (j2-1) Activator (J2-1) (hereinafter referred to as “(J2-1) component”).
- (J2-1) component a polyester-modified polydialkylsiloxane-based interface containing a repeating unit represented by the following general formula (j2-0) and a repeating unit represented by the following general formula (j2-1) Activator (J2-1) (hereinafter referred to as “(J2-1) component”).
- the (J2-1) component when the (J2-1) component is contained in the resist composition, it is possible to effectively prevent the generation of streak marks during coating. Further, the film thickness uniformity is improved.
- the component (J2-1) when the component (J2-1) is contained, when the resist composition is applied on a highly reflective metal film, such as when a metal film to be a gate electrode is formed on
- R 81 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms
- R 82 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms.
- R 81 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms
- R 83 represents a polyester-modified group.
- the component (J2-1) is not particularly limited as long as it is a siloxane-based surfactant containing a repeating unit represented by the above general formula, and may contain a unit other than the repeating unit.
- the repeating unit represented by the above formulas (j2-0) to (j2-1) is a main component, and the silicon atom at the polymer end is The one represented by the general formula (j2-2) is preferable.
- the content of the repeating units represented by the above formulas (j2-0) to (j2-1) is preferably 10 mol% or more, and 100 It may be mol%.
- the component (J2-1) include trade names BYK-310 and BYK-315 (both manufactured by Big Chemie). Among these, BYK-310 is particularly preferable because it can effectively suppress generation of haze and stripes (streak-like marks).
- a nonionic fluorine-silicon surfactant in which a perfluoroalkyl ester group, an alkylsiloxane group, an ethyleneoxy group, and a propyleneoxy group are bonded.
- Megafac R-08, R-60 product name, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.
- nonionic fluorine / silicon-based surface activity in which perfluoroalkyl group, alkylsiloxane group and alkyleneoxy group are bonded
- X-70-090, X-70-091, X-70-092, X-70-093 all manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
- a component may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
- the content of the component (J) in the solvent-developed negative resist composition of the present invention is preferably 0.001 to 7 parts by mass, and 0.001 to 3 parts by mass with respect to the total solid content. Is more preferably 0.01 to 1 part by mass.
- the content rate of a component is more than a lower limit, the applicability
- the solvent-developed negative resist composition of the present invention further contains miscible additives as desired, for example, additional resins for improving the performance of the resist film, dissolution inhibitors, plasticizers, stabilizers, colorants, An antihalation agent, a dye, and the like can be appropriately added and contained.
- miscible additives for example, additional resins for improving the performance of the resist film, dissolution inhibitors, plasticizers, stabilizers, colorants, An antihalation agent, a dye, and the like can be appropriately added and contained.
- the solvent-developed negative resist composition of the present invention can be produced by dissolving the material in an organic solvent (hereinafter sometimes referred to as (S) component).
- an organic solvent hereinafter sometimes referred to as (S) component.
- S organic solvent
- any component can be used as long as it can dissolve each component to be used to form a uniform solution.
- any one of known solvents for chemically amplified resists can be used. Two or more types can be appropriately selected and used.
- lactones such as ⁇ -butyrolactone
- ketones such as acetone, methyl ethyl ketone (MEK), cyclohexanone, methyl-n-pentyl ketone, methyl isopentyl ketone, 2-heptanone
- ethylene glycol diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol
- Polyhydric alcohols such as: ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol monoacetate, etc., compounds having an ester bond, monohydric ethers of the polyhydric alcohols or compounds having an ester bond , Monoalkyl ethers such as monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether
- Polyhydric alcohols such as compounds having an ether bond [in these, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and propylene glycol mono
- An aromatic organic solvent, dimethyl sulfoxide (DMSO), etc. can be mentioned. These organic solvents may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents. Of these, PGMEA, PGME, ⁇ -butyrolactone, and EL are preferable. Moreover, the mixed solvent which mixed PGMEA and the polar solvent is also preferable.
- the blending ratio (mass ratio) may be appropriately determined in consideration of the compatibility between PGMEA and the polar solvent, but is preferably 1: 9 to 9: 1, more preferably 2: 8 to 8: 2. It is preferable to be within the range.
- the mass ratio of PGMEA: EL is preferably 1: 9 to 9: 1, more preferably 2: 8 to 8: 2.
- the mass ratio of PGMEA: PGME is preferably 1: 9 to 9: 1, more preferably 2: 8 to 8: 2, and still more preferably 3: 7 to 7: 3.
- a mixed solvent of at least one selected from PGMEA and EL and ⁇ -butyrolactone is also preferable. In this case, the mixing ratio of the former and the latter is preferably 70:30 to 95: 5.
- the usage-amount of a component is not specifically limited, It is a density
- the resist composition is used so that the solid content concentration is in the range of 1 to 20% by mass, preferably 2 to 15% by mass.
- the resist composition of the present invention it is possible to form a resist pattern that is excellent in lithography characteristics such as LWR and pattern shape and has little film loss during pattern formation.
- the resist composition of the present invention contains the structural unit (a2), and the structural unit (a2) functions as a crosslinking agent that undergoes ring-opening polymerization in the resist composition. Therefore, it is considered that the film loss of the pattern portion due to the developer is reduced.
- the crosslinking agent component of a low molecular weight compound is added separately from a base material component because group which has a crosslinking ability is contained in a base material component as a structural unit (a2). It is presumed that the diffusion of the group having crosslinking ability in the resist film can be appropriately controlled, and the lithography properties such as LWR and the pattern shape are improved.
- the resist pattern forming method of the second aspect of the present invention can be performed, for example, as follows. First, the solvent-developed negative resist composition is applied onto a support with a spinner or the like, and a baking (post-apply bake (PAB)) treatment is performed, for example, at a temperature of 80 to 150 ° C. for 40 to 120 seconds, preferably A resist film is formed by applying for 60 to 90 seconds. Next, the resist film is exposed through a mask (mask pattern) on which a predetermined pattern is formed using an exposure apparatus such as an ArF exposure apparatus, an electron beam drawing apparatus, or an EUV exposure apparatus, or a mask pattern.
- PAB post-apply bake
- baking post-exposure baking (PEB) treatment is performed, for example, at a temperature of 80 to 150 ° C. for 40 to 120 seconds, preferably 60 Apply for ⁇ 90 seconds.
- the resist film is developed with an organic developer, and then preferably rinsed with a rinse containing an organic solvent and dried.
- a process of removing the developer or the rinsing liquid adhering to the pattern with a supercritical fluid may be performed.
- a baking (post-baking) treatment may be performed after the development treatment, the rinsing treatment or the supercritical fluid treatment in order to remove the remaining organic solvent.
- the support is not particularly limited, and a conventionally known one can be used, and examples thereof include a substrate for electronic components and a substrate on which a predetermined wiring pattern is formed. More specifically, a silicon substrate, a metal substrate such as copper, chromium, iron, and aluminum, a glass substrate, and the like can be given. As a material for the wiring pattern, for example, copper, aluminum, nickel, gold or the like can be used. Further, the support may be a substrate in which an inorganic and / or organic film is provided on the above-described substrate. An inorganic antireflection film (inorganic BARC) is an example of the inorganic film.
- inorganic BARC inorganic antireflection film
- the organic film examples include organic films such as an organic antireflection film (organic BARC) and a lower organic film in a multilayer resist method.
- the multilayer resist method is a method in which at least one organic film (lower organic film) and at least one resist film (upper resist film) are provided on a substrate, and the resist pattern formed on the upper resist film is used as a mask. This is a method of patterning a lower organic film, and it is said that a pattern with a high aspect ratio can be formed. That is, according to the multilayer resist method, the required thickness can be secured by the lower organic film, so that the resist film can be thinned and a fine pattern with a high aspect ratio can be formed.
- the multilayer resist method basically, a method of forming a two-layer structure of an upper resist film and a lower organic film (two-layer resist method), and one or more intermediate layers between the upper resist film and the lower organic film And a method of forming a multilayer structure of three or more layers (metal thin film etc.) (three-layer resist method).
- the wavelength used for the exposure is not particularly limited, and ArF excimer laser, KrF excimer laser, F 2 excimer laser, EUV (extreme ultraviolet), VUV (vacuum ultraviolet), EB (electron beam), X-ray, soft X-ray, etc. Can be done using radiation.
- the resist composition is highly useful for KrF excimer laser, ArF excimer laser, EB or EUV, and is particularly useful for ArF excimer laser, EB or EUV.
- the exposure method of the resist film may be normal exposure (dry exposure) performed in an inert gas such as air or nitrogen, or may be immersion exposure (Liquid Immersion Lithography).
- immersion exposure the space between the resist film and the lens at the lowest position of the exposure apparatus is previously filled with a solvent (immersion medium) having a refractive index larger than that of air, and exposure (immersion exposure) is performed in that state.
- a solvent immersion medium
- immersion medium a solvent having a refractive index larger than the refractive index of air and smaller than the refractive index of the resist film to be exposed is preferable.
- the refractive index of such a solvent is not particularly limited as long as it is within the above range.
- Examples of the solvent having a refractive index larger than the refractive index of air and smaller than the refractive index of the resist film include water, a fluorine-based inert liquid, a silicon-based solvent, and a hydrocarbon-based solvent.
- Specific examples of the fluorine-based inert liquid include fluorine-based compounds such as C 3 HCl 2 F 5 , C 4 F 9 OCH 3 , C 4 F 9 OC 2 H 5 , and C 5 H 3 F 7 as main components. Examples thereof include liquids, and those having a boiling point of 70 to 180 ° C. are preferred, and those having a boiling point of 80 to 160 ° C. are more preferred.
- the fluorine-based inert liquid has a boiling point in the above range since the medium used for immersion can be removed by a simple method after the exposure is completed.
- a perfluoroalkyl compound in which all hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms is particularly preferable.
- the perfluoroalkyl compound include a perfluoroalkyl ether compound and a perfluoroalkylamine compound. More specifically, examples of the perfluoroalkyl ether compound include perfluoro (2-butyl-tetrahydrofuran) (boiling point: 102 ° C.). Examples of the perfluoroalkylamine compound include perfluorotributylamine ( Boiling point of 174 ° C.).
- water is preferably used from the viewpoints of cost, safety, environmental problems, versatility, and the like.
- the organic solvent contained in the organic solvent used for development is not particularly limited as long as it can dissolve the base component (A) (base component (A) before exposure), and is appropriately selected from known organic solvents. it can. Specific examples include polar solvents such as ketone solvents, ester solvents, alcohol solvents, amide solvents, and ether solvents, hydrocarbon solvents, and the like, and ester solvents and ketone solvents are particularly preferable. As the ester solvent, butyl acetate is preferred.
- the ketone solvent is preferably methyl amyl ketone (2-heptanone).
- the ketone solvent is an organic solvent containing C—C ( ⁇ O) —C in the structure.
- the ester solvent is an organic solvent containing C—C ( ⁇ O) —O—C in the structure.
- the alcohol solvent is an organic solvent containing an alcoholic hydroxyl group in the structure, and “alcoholic hydroxyl group” means a hydroxyl group bonded to a carbon atom of an aliphatic hydrocarbon group.
- the amide solvent is an organic solvent containing an amide group in the structure.
- the ether solvent is an organic solvent containing C—O—C in the structure.
- organic solvents there are organic solvents that contain multiple types of functional groups that characterize each of the above solvents in the structure, but in that case, any of the solvent types that contain the functional groups of the organic solvent is applicable.
- diethylene glycol monomethyl ether corresponds to both alcohol solvents and ether solvents in the above classification.
- the hydrocarbon solvent is a hydrocarbon solvent made of hydrocarbon and having no substituent (a group or atom other than a hydrogen atom and a hydrocarbon group).
- each solvent include ketone solvents such as 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanone, 2-nonanone, acetone, 4-heptanone, 1-hexanone, 2-hexanone, diisobutylketone, cyclohexanone, Methylcyclohexanone, phenylacetone, methylethylketone, methylisobutylketone, acetylacetone, acetonylacetone, ionone, diacetylalcohol, acetylcarbinol, acetophenone, methylnaphthylketone, isophorone, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, methylamylketone (2- Heptanone) and the like.
- ketone solvents such as 1-octanone, 2-octanone, 1-nonanone, 2-nonanone, acetone, 4-heptanone, 1-hex
- ester solvents include methyl acetate, butyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, amyl acetate, isoamyl acetate, ethyl methoxyacetate, ethyl ethoxyacetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol mono Propyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monophenyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monopropyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monophenyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene Recall monoethyl ether acetate, 2-methoxybutyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, 4-me
- ester solvent a solvent represented by the general formula (1) described later or a solvent represented by the general formula (2) described later is preferably used, and a solvent represented by the general formula (1) is used. More preferably, alkyl acetate is more preferably used, and butyl acetate is most preferably used.
- alcohol solvents include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, isobutyl alcohol, n-hexyl alcohol, n-heptyl alcohol, monohydric alcohols such as n-octyl alcohol, n-decanol and 3-methoxy-1-butanol; glycol solvents such as ethylene glycol, diethylene glycol and triethylene glycol; ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, Triethylene glycol monoethyl ether, methoxymethylbutanol, ethylene glycol monoethyl ether, Chi glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl l
- amide solvent examples include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, hexamethylphosphoric triamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and the like. Can be mentioned.
- ether solvents include glycol ether solvents containing the above hydroxyl groups; glycol ether solvents that do not contain hydroxyl groups, such as propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and diethylene glycol diethyl ether; dioxane, tetrahydrofuran, anisole, Examples include perfluoro-2-butyltetrahydrofuran, perfluorotetrahydrofuran, 1,4-dioxane and the like. Of these, glycol ether solvents such as glycol ether solvents containing hydroxyl groups and glycol ether solvents not containing hydroxyl groups are preferred.
- hydrocarbon solvent examples include aliphatic hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, octane, decane, 2,2,4-trimethylpentane, 2,2,3-trimethylhexane, perfluorohexane, and perfluoroheptane.
- Aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, ethylbenzene, propylbenzene, 1-methylpropylbenzene, 2-methylpropylbenzene, dimethylbenzene, diethylbenzene, ethylmethylbenzene, trimethylbenzene, ethyldimethylbenzene, dipropylbenzene; Is mentioned.
- aromatic hydrocarbon solvents are preferable. Any one of these organic solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. Moreover, you may mix and use the organic solvent and water other than the above.
- R 00 C ( ⁇ O) —O—R 01
- R 02 C ( ⁇ O) —O—R 03 —O—R 04 (2)
- R 00 and R 01 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, or an alkoxycarbonyl group.
- R 02 and R 04 are each independently a hydrogen atom, alkyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, carboxy group, hydroxyl group, cyano group or halogen atom, and R 02 and R 04 are bonded to each other. May form a ring, and R 03 is an alkylene group.
- the alkyl group in R 00 and R 01 may be linear, branched or cyclic, preferably linear or branched, and has 1 to 5 carbon atoms. Is preferred.
- the alkyl group may have a substituent. Examples of the substituent include a hydroxyl group, a carboxy group, and a cyano group. Examples of the alkyl group in the alkoxy group and alkoxycarbonyl group include the same alkyl groups as those described above.
- the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a fluorine atom is preferable.
- R 00 and R 01 are each preferably a hydrogen atom or an alkyl group.
- the solvent represented by the formula (1) include, for example, methyl acetate, butyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, methyl formate, ethyl formate, butyl formate, propyl formate, ethyl lactate, lactic acid Butyl, propyl lactate, ethyl carbonate, propyl carbonate, butyl carbonate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, propyl pyruvate, butyl pyruvate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, Mention may be made of isopropyl propionate, methyl 2-hydroxypropionate, eth
- R 02 and R 04 are the same as R 00 and R 01 , respectively.
- the alkylene group for R 03 may be linear, branched or cyclic, and is preferably linear or branched, and preferably has 1 to 5 carbon atoms.
- the alkylene group may have a substituent. Examples of the substituent include a hydroxyl group, a carboxy group, and a cyano group.
- an oxygen atom (—O—) may be interposed between carbon atoms of the alkylene group.
- the solvent represented by the formula (2) include, for example, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monophenyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoacetate.
- any one of the solvents represented by the formula (1) or (2) may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. Moreover, you may mix and use with another solvent.
- the other solvent is not particularly limited as long as it can be mixed without being separated into the solvent represented by the formula (1) or (2) to be used.
- the ester solvent, ketone solvent, alcohol described above It can be suitably selected from among a solvent, an amide solvent, an ether solvent, a hydrocarbon solvent and the like.
- an organic solvent containing no halogen atom is preferably used from the viewpoint of cost reduction of the solvent used in the development.
- the content of the organic solvent not containing halogen atoms in the total weight of the organic developer is preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and 100% by mass. Also good.
- the boiling point of the organic solvent used in the organic developer is desirably 50 ° C. or higher and lower than 250 ° C.
- the ignition point of the organic solvent used in the organic developer is preferably 200 ° C. or higher.
- a known additive can be blended in the organic developer as required.
- the additive include a surfactant.
- the surfactant is not particularly limited, and for example, ionic or nonionic fluorine-based and / or silicon-based surfactants can be used.
- Examples of commercially available surfactants that can be used include F-top EF301 and EF303 (manufactured by Shin-Akita Kasei Co., Ltd.), Florard FC430 and 431 (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.), MegaFuck F171, F173, F176, F189, and R08.
- Fluorosurfactants such as DIC Corporation (Surflon S-382, SC101, 102, 103, 104, 105, 106 (Asahi Glass Co., Ltd.), Troisol S-366 (Troy Chemical Co., Ltd.))
- An agent or a silicon-based surfactant can be mentioned.
- Polysiloxane polymer KP-341 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
- the surfactant is derived from a fluoroaliphatic compound produced by a telomerization method (also called telomer method) or an oligomerization method (also called oligomer method).
- a surfactant using a polymer having a fluoroaliphatic group can be used.
- the fluoroaliphatic compound can be synthesized by the method described in JP-A-2002-90991.
- polymer having a fluoroaliphatic group a copolymer of a monomer having a fluoroaliphatic group and (poly (oxyalkylene)) acrylate and / or (poly (oxyalkylene)) methacrylate is preferable and distributed irregularly. Or may be block copolymerized.
- the poly (oxyalkylene) group include a poly (oxyethylene) group, a poly (oxypropylene) group, a poly (oxybutylene) group, and the like, and a poly (oxyethylene, oxypropylene, and oxyethylene group).
- a unit having different chain lengths in the same chain length such as a block linked body) or a poly (block linked body of oxyethylene and oxypropylene) group, may be used.
- a copolymer of a monomer having a fluoroaliphatic group and (poly (oxyalkylene)) acrylate (or methacrylate) is not only a binary copolymer but also a monomer having two or more different fluoroaliphatic groups, Further, it may be a ternary or higher copolymer obtained by simultaneously copolymerizing two or more different (poly (oxyalkylene)) acrylates (or methacrylates).
- the surfactant a nonionic surfactant is preferable, and a fluorine-based surfactant or a silicon-based surfactant is more preferable.
- the blending amount is usually 0.001 to 5% by mass, preferably 0.005 to 2% by mass, and preferably 0.01 to 0.00%, based on the total amount of the organic developer. 5 mass% is more preferable.
- Development processing using an organic developer can be carried out by a known development method, for example, a method in which a support is immersed in the developer for a certain period of time (dip method), or a surface tension of the developer on the surface of the support.
- a method that swells and rests for a certain period of time (paddle method), a method of spraying developer on the surface of the support (spray method), and a developer coating nozzle that scans at a constant speed on a support that rotates at a constant speed.
- a method of continuously applying the developer dynamic dispensing method.
- a rinsing treatment can be performed using a rinsing liquid containing an organic solvent.
- a rinsing liquid containing an organic solvent.
- organic solvents that are difficult to dissolve the resist pattern among the organic solvents mentioned as the organic solvent used in the organic developer can be used.
- at least one solvent selected from hydrocarbon solvents, ketone solvents, ester solvents, alcohol solvents, amide solvents and ether solvents is used.
- the alcohol solvent used in the rinse liquid is preferably a monohydric alcohol having 6 to 8 carbon atoms, and the monohydric alcohol may be linear, branched or cyclic. Specific examples include 1-hexanol, 1-heptanol, 1-octanol, 2-hexanol, 2-heptanol, 2-octanol, 3-hexanol, 3-heptanol, 3-octanol, 4-octanol, and benzyl alcohol.
- the blending amount of water in the rinsing liquid is preferably 30% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, further preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less based on the total amount of the rinsing liquid. Is particularly preferred.
- a known additive can be blended in the organic developer as required.
- the additive examples include a surfactant.
- the surfactant include those described above, and nonionic surfactants are preferable, and fluorine-based surfactants or silicon-based surfactants are more preferable.
- the blending amount is usually 0.001 to 5% by mass, preferably 0.005 to 2% by mass, and 0.01 to 0.5% by mass with respect to the total amount of the rinsing liquid. % Is more preferable.
- the rinsing treatment (washing treatment) using the rinsing liquid can be carried out by a known rinsing method. For example, the rinsing liquid is continuously applied onto a support rotating at a constant speed (rotary coating method). A method of immersing the support in a rinsing solution for a certain time (dip method), a method of spraying a rinsing solution on the surface of the support (spray method), and the like.
- the pattern forming method of a layer containing a block copolymer of the present invention comprises a step of applying a base agent on a substrate 11 to form a layer 12 made of the base agent, the solvent developing negative resist Using the composition, a step of forming a resist film on the surface of the layer 12 made of the base agent, a step of exposing the resist film, and developing the resist film using a developer containing the organic solvent to form a resist pattern Forming a layer 13 containing a block copolymer in which a plurality of types of polymers are bonded to the surface of the layer 12 made of the base material on which the resist pattern is formed, and then separating the layer 13 containing the block copolymer And at least one of a plurality of types of polymers constituting the block
- the position and orientation of the structure on the surface of the substrate 11 are defined by the position and orientation of the phase that is selectively removed in the phase separation structure of the layer 13 containing the block copolymer. That is, by appropriately adjusting the position and orientation of the phase separation structure formed on the surface of the substrate 11, a nanostructure having a desired position and orientation can be formed on the substrate surface. In particular, by using a phase separation structure capable of forming a finer pattern than a conventional resist pattern as a template, a substrate including a nanostructure having a very fine shape can be formed.
- a phase separation structure capable of forming a finer pattern than a conventional resist pattern as a template
- a block copolymer is a polymer in which a plurality of types of polymers are bonded. There may be two types of polymers which comprise a block copolymer, and three or more types may be sufficient as them.
- the plural types of polymers constituting the block copolymer are not particularly limited as long as they are combinations that cause phase separation, but are preferably combinations of polymers that are incompatible with each other.
- the phase which consists of at least 1 type polymer in the multiple types of polymer which comprises a block copolymer is a combination which can be selectively removed easily rather than the phase which consists of another type polymer.
- block copolymer for example, a block copolymer in which a polymer containing a structural unit derived from styrene or a derivative thereof and a polymer containing a structural unit derived from a (meth) acrylate ester are combined; from styrene or a derivative thereof A block copolymer obtained by bonding a polymer containing a structural unit derived from a polymer containing a structural unit derived from siloxane or a derivative thereof; and a polymer containing a structural unit derived from an alkylene oxide and a (meth) acrylate ester And a block copolymer in which a polymer containing a structural unit derived from is bonded.
- Examples of (meth) acrylic acid esters include those in which a substituent such as an alkyl group or a hydroxyalkyl group is bonded to a carbon atom of (meth) acrylic acid.
- Examples of the alkyl group used as a substituent include a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
- the (meth) acrylic acid ester examples include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, ( Nonyl methacrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, anthracene (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid 3, 4-epoxycyclohexylmethane, (meth) acrylic acid propyltrimethoxysilane and the like.
- styrene derivative examples include 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-t-butylstyrene, 4-n-octylstyrene, 2,4,6-trimethylstyrene, 4-methoxystyrene, 4-t-butoxystyrene, 4-hydroxystyrene, 4-nitrostyrene, 3-nitrostyrene, 4-chlorostyrene, 4-fluorostyrene, 4-acetoxyvinylstyrene, vinylcyclohexane, 4-vinylbenzyl chloride, 1- Examples thereof include vinyl naphthalene, 4-vinyl biphenyl, 1-vinyl-2-pyrrolidone, 9-vinyl anthracene, vinyl pyridine and the like.
- siloxane derivative examples include dimethylsiloxane, diethylsiloxane, diphenylsiloxane, and methylphenylsiloxane.
- alkylene oxide examples include ethylene oxide, propylene oxide, isopropylene oxide, butylene oxide and the like.
- a block copolymer in which a polymer containing a structural unit derived from styrene or a derivative thereof and a polymer containing a structural unit derived from (meth) acrylic acid ester are combined.
- styrene-polymethyl methacrylate (PS-PMMA) block copolymer styrene-polyethyl methacrylate block copolymer, styrene- (poly-t-butyl methacrylate) block copolymer, styrene-polymethacrylic acid block copolymer, styrene-poly
- PS-PMMA styrene-polymethyl methacrylate
- styrene-polyethyl methacrylate block copolymer styrene-polymethacrylic acid block copolymer
- a styrene-polye-polyacrylic acid block copolymer it is particularly preferable to use a PS-PMMA block copolymer.
- the weight average molecular weight (Mw) (polystyrene conversion standard by gel permeation chromatography) of each polymer constituting the block copolymer is not particularly limited as long as it is a size capable of causing phase separation. To 500,000, preferably 10,000 to 400,000, and more preferably 20,000 to 300,000.
- the dispersity (Mw / Mn) of the block copolymer is preferably 1.0 to 3.0, more preferably 1.0 to 1.5, and still more preferably 1.0 to 1.2.
- Mn shows a number average molecular weight.
- the polymer not be selectively removed in a later step P A polymer, the polymer which is selectively removed as P B polymer.
- the layer made of PMMA is selectively removed by performing oxygen plasma treatment, hydrogen plasma treatment, or the like on the layer.
- PS is a P A polymer
- PMMA is P B polymer.
- phase is selectively removed (i.e., P B composed of a polymer phase 13a) the shape and size of the component ratio or the polymers constituting the block copolymer is defined by the molecular weight of the block copolymer. For example, by a relatively small component ratio per volume of P B polymer occupied in the block copolymer, forming a cylindrical structure phase 13a consisting of P B polymer into phase 13b consisting of P A polymer is present in the cylindrical Can be made.
- phase 13a of phase 13b and P B polymer consisting P A polymer stacked alternately A lamellar structure can be formed.
- size of each phase can be increased by increasing the molecular weight of the block copolymer.
- the substrate 11 used in the present invention is not particularly limited as long as it is not dissolved or mixed when applying the base agent and the block copolymer.
- the substrate 11 is made of a metal such as silicon wafer, copper, chromium, iron, aluminum or the like.
- examples include substrates made of metal oxides such as substrates and glass substrates, polymer films (polyethylene, polyethylene terephthalate, polyimide, benzocyclobutene, etc.), and the like.
- substrate 11 are not specifically limited, Except for being flat form, it can select suitably.
- the surface of the substrate 11 may be previously cleaned before forming the layer 12 made of the base agent, or may be provided with an antireflection film. By cleaning the surface of the substrate 11, the layer 12 made of the base material may be formed satisfactorily.
- the cleaning treatment a conventionally known method can be used, and examples thereof include oxygen plasma treatment, ozone oxidation treatment, acid-alkali treatment, and chemical modification treatment. For example, it can be performed by immersing the substrate 11 in an acid solution such as a sulfuric acid / hydrogen peroxide aqueous solution, followed by washing with water and drying.
- the substrate surface can be modified in an advantageous manner for the subsequent process.
- the layer 12 made of the base agent by forming the layer 12 made of the base agent on the surface of the substrate 11, the surface of the substrate 11 has affinity with any of the polymers constituting the block copolymer described above. It is preferable that it can be modified.
- a thin film (neutralized film) containing a base agent having an affinity for any polymer constituting the block copolymer on the surface of the substrate 11 only a phase composed of a specific polymer is formed on the surface of the substrate 11 by phase separation. It is possible to suppress contact and form a cylinder structure, a dot structure, a gyroid structure, or the like that is freely oriented with respect to the surface of the substrate 11 by phase separation.
- the resin composition used as the base agent can be appropriately selected from conventionally known resin compositions used for thin film formation according to the type of polymer constituting the block copolymer.
- the resin composition may be a heat-polymerizable resin composition, or may be a photosensitive resin composition such as a positive resist composition or a negative resist composition.
- the neutralized film may be a non-polymerizable film.
- siloxane-based organic monomolecular films such as phenethyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, and hexamethyldisilazane can also be suitably used as the neutralized film.
- the neutralized film made of these base materials can be formed by a conventional method.
- a base agent for example, a resin composition containing all of the constituent units of each polymer constituting the block copolymer and a constituent unit having high affinity with each polymer constituting the block copolymer are included. What consists of a resin composition etc. is preferable.
- a resin composition containing both PS and PMMA as structural units, a site having high affinity with PS such as an aromatic ring, and a highly functional group It is preferable to use a compound or composition containing both PMMA and a site having high affinity.
- the resin composition containing both PS and PMMA as structural units include a random copolymer of PS and PMMA, an alternating polymer of PS and PMMA (in which each monomer is alternately copolymerized), and the like.
- the monomer which has an aromatic ring and the monomer which has a highly polar functional group at least, for example examples thereof include a resin composition obtained by polymerization.
- a monomer having an aromatic ring one hydrogen atom is removed from an aromatic hydrocarbon ring such as a phenyl group, a biphenyl group, a fluorenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, or a phenanthryl group.
- monomers having a heteroaryl group in which some of the carbon atoms constituting the ring of these groups are substituted with a heteroatom such as an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom examples include a trimethoxysilyl group, a trichlorosilyl group, a carboxy group, a hydroxyl group, a cyano group, and a hydroxyalkyl group in which a part of hydrogen atoms of the alkyl group is substituted with a fluorine atom.
- the monomer which has is mentioned.
- examples of the compound containing both a site having high affinity with PS and a site having high affinity with PMMA include compounds containing both an aryl group such as phenethyltrichlorosilane and a functional group having high polarity.
- ⁇ Resist pattern formation (graphoepitaxy)>
- a base material is applied on a substrate 11 and a layer 12 made of the base material is formed (neutralization treatment), and then a layer made of the base material.
- a resist pattern 14 is formed on the surface of 12 (neutralized film).
- Such a resist pattern 14 functions as a guide pattern.
- the resist composition of the first aspect used in the pattern forming method for a layer containing a block copolymer of the present invention is a solvent-developed negative resist composition
- the pattern portion 14 is an exposed portion when the resist pattern is formed. It becomes.
- the pattern portion 14 is exposed at the time of forming the resist pattern 14 to generate a polar group as will be described later.
- the polar group has an affinity for PMMA (13a) constituting the block copolymer, a phase separation structure composed of a lamellar structure oriented in a direction perpendicular to the surface of the substrate 11 is easily formed.
- the formation of the resist pattern 14 includes a step of forming a resist film on the surface of the layer 12 made of a base agent using the solvent-developed negative resist composition of the first aspect, a step of exposing the resist film, and the The resist film can be developed by using a developer containing the organic solvent to form a resist pattern.
- the formation of the resist pattern 14 is the same as the resist pattern forming method of the second aspect described above.
- the layer 13 containing a block copolymer is formed on the substrate surface. Specifically, a block copolymer dissolved in an applicable organic solvent is applied to the surface of the substrate 11 on which the layer 12 made of a base agent is formed using a spinner or the like.
- the organic solvent for dissolving the block copolymer any organic solvent may be used as long as it can dissolve the block copolymer to be used to form a uniform solution, and any of the polymers constituting the block copolymer must be highly compatible. it can.
- An organic solvent may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents.
- Examples of the organic solvent for dissolving the block copolymer include lactones such as ⁇ -butyrolactone; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl-n-pentyl ketone, methyl isopentyl ketone, 2-heptanone; Polyhydric alcohols such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol; Compounds having an ester bond such as ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol monoacetate, monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl of the polyhydric alcohols or the compound having an ester bond Derivatives of polyhydric alcohols such as ethers, monoalkyl ethers such as monobutyl ether or compounds having an ether bond such as monophenyl ether [in these, propylene glycol monomethyl ether
- the thickness of the layer 13 containing the block copolymer formed on the substrate surface depends on the molecular weight (polymer cycle) of the block copolymer, and is generally applied in the range of 0.5 to 4.0 times the polymer cycle.
- the thickness of the layer 13 containing the block copolymer may be sufficient to cause phase separation, and the lower limit of the thickness is not particularly limited, but the strength of the nanostructure, the nanostructure Considering the uniformity of the substrate on which the body is formed, it is preferably 3 nm or more, more preferably 5 nm or more.
- the substrate on which the layer 13 containing the block copolymer is formed as described above is heat-treated to form a phase separation structure in which at least a part of the substrate surface is exposed by selective removal of the block copolymer in a subsequent process.
- the temperature of the heat treatment is preferably higher than the glass transition temperature of the block copolymer used and lower than the thermal decomposition temperature.
- the heat treatment is preferably performed in a gas having low reactivity such as nitrogen.
- Phase of selectively removing consisting P B polymer phase separation structure > Then, among the layers 13 containing the block copolymer on the substrate after forming a phase separation structure, selectively removing the phase consisting of P B polymer is exposed (13a in FIG. 1). Thus, a phase consisting of P A polymer only (13b in FIG. 1), leaving the exposed surface of the substrate. Thus, among the phase consisting P B polymer, a phase which is formed continuously from the substrate surface to the surface of the layer containing the block copolymer is removed to expose the substrate surface.
- Such selective removal process does not affect against P A polymer is not limited particularly as long as the process capable of decomposing and removing the P B polymer, in the technique used for removing the resin film from, depending on the type of P a polymer and P B polymers can be carried out by appropriately selected.
- the neutralization layer is similarly removed with phase consisting P B polymer.
- the guide patterns are preferably not removed as with P A polymer. Examples of such removal treatment include oxygen plasma treatment, ozone treatment, UV irradiation treatment, thermal decomposition treatment, and chemical decomposition treatment.
- the solvent-developed negative resist composition for forming the guide pattern contains the structural unit (a2). And since the structural unit (a2) has a cyclic group that undergoes ring-opening polymerization, the solvent resistance and heat resistance of the resulting guide pattern are improved.
- the guide pattern when the layer containing the block copolymer is formed on the guide pattern, the guide pattern is dissolved by the organic solvent in which the block copolymer is dissolved, and the block copolymer is phase-separated at a high temperature. It is presumed that the heat flow of the guide pattern during the annealing process can be suppressed, and the above effect can be obtained.
- Polymer compounds 1 to 66 were synthesized by a conventional method using the following monomers (1) to (30) for deriving structural units constituting the respective polymer compounds in the molar ratios shown in Tables 1 to 6.
- the molecular weight (Mw (k)) and molecular weight dispersion (Mw / Mn) of the obtained polymer compound are also shown in Tables 1 to 6.
- (B) -7 Triphenylsulfonium tris [(trifluoromethyl) sulfonyl] methane.
- (D) -1 tri-n-pentylamine.
- (E) -1 salicylic acid.
- An organic antireflection film composition “ARC29A” (trade name, manufactured by Brewer Science Co., Ltd.) is applied onto an 8-inch silicon wafer using a spinner, and baked at 205 ° C. for 60 seconds on a hot plate and dried. Thus, an organic antireflection film having a film thickness of 82 nm was formed. Next, a resin composition (styrene / 3,4-epoxycyclohexylmethane / methacrylic acid / methacrylic acid / methacrylic acid) adjusted to a concentration of 0.5 to 1.0 mass% using PGMEA as a base agent on the organic antireflection film.
- PEB treatment was carried out at 125 ° C. for 60 seconds, and further paddle development treatment was carried out with butyl acetate at 23 ° C. for 16 seconds, followed by shake-off drying.
- post-baking was performed on a hot plate at 200 ° C. for 5 minutes.
- PS-PMMA block copolymer 1 manufactured by Polymer Source; PS molecular weight: 18000, PMMA molecular weight: 18000, polydispersity index: PDI) on the substrate on which the 1: 1 LS pattern having a line width of 200 nm is formed. : 1.07) 1.9 mass% PGMEA solution was applied using a spinner (rotation speed: 1000 rpm, 60 seconds), baked on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds, and dried to form a block copolymer A layer containing was formed. Next, the substrate on which the layer containing the block copolymer was formed was heated at 240 ° C.
- the substrate was subjected to oxygen plasma treatment (200 sccm, 40 Pa, 200 W, 30 seconds) to selectively remove the phase composed of PMMA. .
- oxygen plasma treatment 200 sccm, 40 Pa, 200 W, 30 seconds
- the surface of the obtained substrate was observed using a scanning electron microscope SU8000 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). A vertical lamella was observed as A when a vertical lamella was observed, and B when a vertical lamella was not observed. The formation ability was evaluated. The results are also shown in Tables 7-8.
- the resist compositions of Examples 1 to 19 according to the present invention were superior in solvent resistance, resolution and heat resistance as compared with the resist compositions of Comparative Examples 1 to 7. .
- the layer containing the block copolymer can be satisfactorily phase-separated, and the resist composition is an excellent solvent development negative resist composition for forming a guide pattern. It was confirmed that.
- Examples 20 to 53, Comparative Examples 8 to 10 Each component shown in Tables 9 to 10 was mixed and dissolved to prepare a solvent-developed negative resist composition.
- (G) -3 The following compound (G) -3.
- An organic antireflection film composition “ARC29A” (trade name, manufactured by Brewer Science Co., Ltd.) is applied onto an 8-inch silicon wafer using a spinner, and baked at 205 ° C. for 60 seconds on a hot plate and dried. Thus, an organic antireflection film having a film thickness of 82 nm was formed. Then, the resist composition of each example is applied onto the organic antireflection film using a spinner, prebaked (PAB) on a hot plate at 85 ° C. for 60 seconds, and dried. Thus, a resist film having a thickness of 100 nm was formed.
- PAB prebaked
- (G) -5 The following compound (G) -5.
- (H) -1 Benzophenone.
- (J) -1 The following compound (J) -1.
- Examples 72 to 89, Comparative Examples 15 to 18 Each component shown in Tables 14 to 15 was mixed and dissolved to prepare a solvent-developed negative resist composition.
- Example 79, 86 and 88 the rinse solution shown in Table 16 was used for 20 seconds. After performing the rinse treatment, it was shaken off and dried. Subsequently, post-baking was performed on a hot plate at 100 ° C. for 40 seconds. As a result, in all examples, a 1: 1 SL pattern having a space width of 500 nm and a pitch of 1000 nm was formed on the resist film. In the obtained resist pattern, the remaining film rate and the collapse margin were evaluated in the same manner as described above. The results are shown in Table 16.
- Example 90 to 103 Comparative Examples 19 to 22
- Each component shown in Table 17 was mixed and dissolved to prepare a solvent-developed negative resist composition.
- the paddle development process was performed for 13 seconds with the developer shown in Table 17, and in Examples 93, 100 and 101, the rinse process was performed for 20 seconds with the rinse liquid shown in Table 17, and then shaken and dried. Subsequently, post-baking was performed on a hot plate at 100 ° C. for 40 seconds. As a result, in all examples, a 1: 1 LS pattern having a line width of 130 nm and a pitch of 260 nm was formed on the resist film. In the obtained resist pattern, the remaining film rate, the collapse margin, and the LWR were evaluated in the same manner as described above. The results are shown in Table 18. Note that LWR in Comparative Examples 21 to 22 was not measurable because the pattern contrast was low, and therefore, “X” is shown in Table 18.
- An organic antireflection film composition “ARC29A” (trade name, manufactured by Brewer Science Co., Ltd.) is applied onto a 12-inch silicon wafer using a spinner and baked on a hot plate at 205 ° C. for 60 seconds to be dried. Thereby, an organic antireflection film having a film thickness of 89 nm was formed. Then, the resist composition of each example is applied onto the organic antireflection film using a spinner, prebaked (PAB) on a hot plate at 90 ° C. for 60 seconds, and dried. Thus, a resist film having a thickness of 100 nm was formed.
- PAB prebaked
- Example 136 a protective film-forming coating solution “TILC-323” (trade name, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied onto the formed resist film using a spinner, and is applied at 90 ° C. to 60 ° C. A top coat with a film thickness of 35 nm was formed by heating for 2 seconds.
- a solvent-developed negative resist composition having excellent lithography characteristics and pattern shape and little film loss, a resist pattern forming method using the solvent-developed negative resist composition, and the solvent-developed negative resist A method of patterning a layer comprising a block copolymer using the composition can be provided.
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Abstract
Description
本願は、2011年6月10日に、日本に出願された特願2011-130689号、および2011年12月27日に、日本に出願された特願2011-285196号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
前記レジスト材料はポジ型とネガ型とに分けられ、露光した部分の現像液に対する溶解性が増大するレジスト材料をポジ型、露光した部分の現像液に対する溶解性が低下するレジスト材料をネガ型という。
前記現像液としては、通常、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液等のアルカリ水溶液(アルカリ現像液)が用いられている(以下、アルカリ現像液を用いるプロセスを「アルカリ現像プロセス」ということがある)。
微細化の手法としては、一般に、露光光源の短波長化(高エネルギー化)が行われている。具体的には、従来は、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザーや、ArFエキシマレーザーを用いた半導体素子の量産が開始されている。また、これらエキシマレーザーより短波長(高エネルギー)のEB(電子線)、EUV(極紫外線)やX線などについても検討が行われている。
露光光源の短波長化に伴い、レジスト材料には、露光光源に対する感度、微細な寸法のパターンを再現できる解像性等のリソグラフィー特性の向上が求められる。このような要求を満たすレジスト材料として化学増幅型レジストが知られている。
化学増幅型レジストとしては、一般的に、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基材成分と、露光により酸を発生する酸発生剤成分とを含有する組成物が用いられている。たとえば現像液がアルカリ現像液(アルカリ現像プロセス)の場合、基材成分として、酸の作用によりアルカリ現像液に対する溶解性が増大するものが用いられている。
従来、化学増幅型レジスト組成物の基材成分としては主に樹脂(ベース樹脂)が用いられている。現在、ArFエキシマレーザーリソグラフィー等において使用される化学増幅型レジスト組成物のベース樹脂としては、193nm付近における透明性に優れることから、(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位を主鎖に有する樹脂(アクリル系樹脂)が主流である。
ここで、「(メタ)アクリル酸」とは、α位に水素原子が結合したアクリル酸と、α位にメチル基が結合したメタクリル酸の一方あるいは両方を意味する。「(メタ)アクリル酸エステル」とは、α位に水素原子が結合したアクリル酸エステルと、α位にメチル基が結合したメタクリル酸エステルの一方あるいは両方を意味する。「(メタ)アクリレート」とは、α位に水素原子が結合したアクリレートと、α位にメチル基が結合したメタクリレートの一方あるいは両方を意味する。
該ベース樹脂は、一般的に、リソグラフィー特性等の向上のために、複数の構成単位を含有している。たとえば、酸発生剤から発生した酸の作用により分解してアルカリ可溶性基を生じる酸分解性基を有する構成単位とともに、ラクトン構造を有する構成単位、水酸基等の極性基を有する構成単位等が用いられている(たとえば特許文献1参照)。ベース樹脂がアクリル系樹脂である場合、前記酸分解性基としては、一般的に、(メタ)アクリル酸等におけるカルボキシ基を第三級アルキル基、アセタール基等の酸解離性基で保護したものが用いられている。
しかし、該ポジ型現像プロセスによりトレンチパターン(孤立スペースパターン)やホールパターンを形成する場合、ラインパターンやドットパターンを形成する場合に比べて、弱い光入射強度下でのパターン形成を強いられ、露光部および未露光部にそれぞれ入射する光の強度のコントラストも小さい。そのため、解像力等のパターン形成能に制限が生じやすく、高解像のレジストパターンを形成することが難しい傾向がある。
逆に、ネガ型の化学増幅型レジスト組成物、つまり露光によりアルカリ現像液に対する溶解性が減少する化学増幅型レジスト組成物とアルカリ現像液とを組み合わせたネガ型現像プロセスは、前記ポジ型現像プロセスとは逆に、トレンチパターンやホールパターンの形成に有利と考えられる。
ブロックコポリマーの相分離を利用するためには、ミクロ相分離により形成された自己組織化ナノ構造を特定の領域のみに形成し、かつ所望の方向へ配列させることが必須となる。これらの位置制御及び配向制御を実現するために、ガイドパターンによって、相分離パターンを制御するグラフォエピタキシーと、基板の化学状態の違いによって相分離パターンを制御するケミカルエピタキシーといった方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
これらに好適に用いられる方法として、基板の上に2つのブロック鎖の表面自由エネルギーの中間の値の表面自由エネルギーとされた中性層を形成し、前記基板の上に側面の表面自由エネルギーが前記2つのブロック鎖の一方の表面自由エネルギーに近い表面エネルギーとされた複数のガイドパターンを形成する方法が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
上述した理由により、トレンチパターンやホールパターンにおいて高いコントラストを有するパターンが得られることから、溶剤現像プロセスにおいては露光時に放射線の透過部位の多いマスク(Bright mask)が多用されている。しかしながら、Bright maskを用いた場合、露光部において光酸発生剤から大量の酸が発生するため、該酸の一部が未露光部に影響を与えることによるリソグラフィー特性やパターン形状の劣化が問題となっている。
また、上述したようなグラフォエピタキシーにおけるガイドパターン形成用としてレジスト組成物を用いる場合等であれば、レジストパターンには耐溶剤性や耐熱性が要求される。そして、耐溶剤性の観点から、レジストパターンが形成された時点での、パターン部の現像液による膜減りが少ないことレジスト組成物が望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、有機溶剤を含有する現像液を用いた溶剤現像ネガ型プロセスにおいて、リソグラフィー特性及びパターン形状に優れ、且つ、膜減りの少ないレジストパターンを形成できるレジストパターン形成方法、及び該レジストパターン形成方法に用いられる溶剤現像ネガ型レジスト組成物を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の一態様は、酸の作用により有機溶剤に対する溶解性が減少する基材成分(A)、及び露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)を含有するレジスト組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、及び前記レジスト膜を、前記有機溶剤を含有する現像液を用いたネガ型現像によりパターニングしてレジストパターンを形成する工程、を含むレジストパターン形成方法に用いられるレジスト組成物であって、酸の作用により極性が増大し、有機溶剤を含有する現像液に対する溶解性が減少する基材成分(A)、及び露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)を含有し、前記基材成分(A)が、4~12員環のラクトン含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位、3~7員環のエーテル含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位、及び5~7員環のカーボネート含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位からなる群から選ばれる少なくとも1種の構成単位(a2)と、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a1)とを有する樹脂成分(A1)を含有し、前記酸発生剤成分(B)が、露光によりスルホン酸を発生する化合物からなる酸発生剤(B1)を含むことを特徴とする溶剤現像ネガ型レジスト組成物である。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。アルコキシ基中のアルキル基も同様である。
「ハロゲン化アルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基であり、該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「フッ素化アルキル基」又は「フッ素化アルキレン基」は、アルキル基又はアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基をいう。
「構成単位」とは、高分子化合物(樹脂、重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
「アクリル酸エステル」は、アクリル酸(CH2=CH-COOH)のカルボキシ基末端の水素原子が有機基で置換された化合物である。
「アクリル酸エステルから誘導される構成単位」とは、アクリル酸エステルのエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステル」における、置換基としてはハロゲン原子、炭素数1~5のアルキル基、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基、ヒドロキシアルキル基等が挙げられる。なお、アクリル酸エステルから誘導される構成単位のα位(α位の炭素原子)とは、特に断りがない限り、カルボニル基が結合している炭素原子のことを意味する。
α位の炭素原子に結合していてもよい置換基における、該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
α位の炭素原子に結合していてもよい置換基における、炭素数1~5のアルキル基として具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などの直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が挙げられる。
また、該置換基における、炭素数1~5のハロゲン化アルキル基として具体的には、上記の「置換基における、炭素数1~5のアルキル基」の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
また、該置換基におけるヒドロキシアルキル基として具体的には、上記の「置換基における、炭素数1~5のアルキル基」の水素原子の一部又は全部がヒドロキシ基で置換された基が挙げられる。
本発明において、かかるα位の炭素原子に結合しているのは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基であることが好ましく、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のフッ素化アルキル基であることがより好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子又はメチル基であることが最も好ましい。
「(メタ)アクリル酸エステル」とは、α位に水素原子が結合したアクリル酸エステルと、α位にメチル基が結合したメタクリル酸エステルの一方あるいは両方を意味する。
「スチレン」とは、スチレンおよびスチレンのα位の水素原子がアルキル基、ハロゲン化アルキル基等の他の置換基に置換されたものも含む概念とする。
「スチレンから誘導される構成単位」、「スチレン誘導体から誘導される構成単位」とは、スチレン又はスチレン誘導体のエチレン性二重結合が開裂して構成される構成単位を意味する。
「露光」は、放射線の照射全般を含む概念とする。
本発明の第一の態様の溶剤現像ネガ型レジスト組成物(以下、単に「レジスト組成物」ということがある。)は、酸の作用により有機溶剤に対する溶解性が減少する基材成分(A)(以下、「(A)成分」という。)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、「(B)成分」という。)とを含有するものであって、該レジスト組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、及び前記レジスト膜を、前記有機溶剤を含有する現像液を用いたネガ型現像によりパターニングしてレジストパターンを形成する工程、を含むレジストパターン形成方法において用いられる。
かかるレジスト組成物においては、放射線が照射(露光)されると、露光部では、(B)成分から酸が発生し、該酸の作用により(A)成分の有機溶剤に対する溶解性が減少する。そのため、レジストパターンの形成において、当該レジスト組成物を用いて得られるレジスト膜に対して選択的露光を行うと、当該レジスト膜における露光部の、前記有機溶剤を含有する有機系現像液に対する溶解性が減少する一方で、未露光部の該有機系現像液に対する溶解性は変化しないため、該有機系現像液を用いたネガ型現像を行うことにより未露光部が除去されてレジストパターンが形成される。
本発明において、「基材成分」とは、膜形成能を有する有機化合物を意味する。
基材成分としては、通常、分子量が500以上の有機化合物が用いられる。分子量が500以上であることにより、充分な膜形成能を備えるとともに、ナノレベルのレジストパターンを形成しやすい。
「分子量が500以上の有機化合物」は、非重合体と重合体とに大別される。
非重合体としては、通常、分子量が500以上4000未満のものが用いられる。以下、「低分子化合物」という場合は、分子量が500以上4000未満の非重合体を示す。
重合体としては、通常、分子量が1000以上のものが用いられる。本明細書および特許請求の範囲において「高分子化合物」は分子量が1000以上の重合体を示す。
高分子化合物の場合、「分子量」はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の質量平均分子量を用いるものとする。
本発明において、(A)成分は、少なくとも、4~12員環のラクトン含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位、3~7員環のエーテル含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位、及び5~7員環のカーボネート含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位からなる群から選ばれる少なくとも1種の構成単位(a2)と、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a1)とを有する樹脂成分(A1)(以下、「(A1)成分」という。)を含有する。
さらに、本発明の(A1)成分は、露光により(B)成分から酸が発生すると、上記極性増大と併せて、構成単位(a2)中のラクトン含有環式基、エーテル含有環式基、又はカーボネート含有環式基が開裂して互いに重合し、結果として露光部における(A1)成分の分子量が増大しうる。このことにより、エポキシ樹脂と重合開始剤とを含む従来の溶剤現像ネガ型レジスト組成物と同様に、露光部では分子量の増大により有機系現像液への溶解性が減少する一方、未露光部では有機系現像液への溶解性が変化せず高い溶解性を維持するため、未露光部と露光部との溶解コントラストがさらに向上し、より解像性に優れたパターンを形成することが可能となる。また、重合した(A1)成分は、重合していない(A1)成分に比して耐熱性及び耐溶剤性に優れるパターン部となる。
(A1)成分は、構成単位(a1)及び(a2)に加えて、又は構成単位(a1)、(a2)及び(a0)に加えて、さらに、極性基含有脂肪族炭化水素基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a3)を有してもよい。
構成単位(a1)は、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位である。
「酸分解性基」は、露光により(B)成分から発生する酸の作用により、当該酸分解性基の構造中の少なくとも一部の結合が開裂し得る酸分解性を有する基である。
酸の作用により極性が増大する酸分解性基としては、たとえば、酸の作用により分解して極性基を生じる基が挙げられる。
極性基としては、たとえばカルボキシ基、水酸基、アミノ基、スルホ基(-SO3H)等が挙げられる。これらのなかでも、構造中に-OHを含有する極性基(以下、OH含有極性基ということがある。)が好ましく、カルボキシ基または水酸基が好ましく、カルボキシ基が特に好ましい。
酸分解性基としてより具体的には、前記極性基を酸解離性基で保護した基(たとえばOH含有極性基の水素原子を酸解離性基で保護した基)が挙げられる。
「酸解離性基」は、酸(露光により(B)成分から発生する酸)の作用により、少なくとも、当該酸解離性基と該酸解離性基に隣接する原子との間の結合が開裂し得る酸解離性を有する基である。酸分解性基を構成する酸解離性基は、当該酸解離性基の解離により生成する極性基よりも極性の低い基であることが必要で、これにより、酸の作用により該酸解離性基が解離した際に、該酸解離性基よりも極性の高い極性基が生じて極性が増大する。結果、(A1)成分全体の極性が増大する。そして、極性が増大することにより、有機溶剤を含有する有機系現像液に対する溶解性が減少する。
なお、前記鎖状または環状のアルキル基は置換基を有していてもよい。
以下、カルボキシ基と第3級アルキルエステルを構成することにより、酸解離性となっている基を、便宜上、「第3級アルキルエステル型酸解離性基」という。
第3級アルキルエステル型酸解離性基としては、脂肪族分岐鎖状酸解離性基、脂肪族環式基を含有する酸解離性基が挙げられる。
「脂肪族分岐鎖状酸解離性基」の構造は、炭素および水素からなる基(炭化水素基)であることに限定はされないが、炭化水素基であることが好ましい。
また、「炭化水素基」は飽和または不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。
脂肪族分岐鎖状酸解離性基としては、炭素数4~8の第3級アルキル基が好ましく、具体的にはtert-ブチル基、tert-ペンチル基、tert-ヘプチル基等が挙げられる。
構成単位(a1)における「脂肪族環式基」は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。置換基としては、炭素数1~5のアルキル基、炭素数1~5のアルコキシ基、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1~5のフッ素化アルキル基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
「脂肪族環式基」の置換基を除いた基本の環の構造は、炭素および水素からなる基(炭化水素基)であることに限定はされないが、炭化水素基であることが好ましい。また、「炭化水素基」は飽和または不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。「脂肪族環式基」は、多環式基であることが好ましい。
脂肪族環式基としては、例えば、炭素数1~5のアルキル基、フッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。より具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。
また、脂肪族分岐鎖状酸解離性基としては、下記一般式(2-1)~(2-6)で示す基の様に、アダマンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、ノルボルニル基、トリシクロデシル基、テトラシクロドデシル基等の脂肪族環式基と、これに結合する、第3級炭素原子を有する分岐鎖状アルキレン基とを有する基が挙げられる。
該直鎖状のアルキル基は、炭素数が1~5であることが好ましく、1~4がより好ましく、1または2がさらに好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基、エチル基またはn-ブチル基が好ましく、メチル基またはエチル基がより好ましい。
該分岐鎖状のアルキル基は、炭素数が3~10であることが好ましく、3~5がより好ましい。具体的には、イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられ、イソプロピル基であることが最も好ましい。
gは0~3の整数が好ましく、1~3の整数がより好ましく、1または2がさらに好ましい。
R15~R16のアルキル基としては、R14のアルキル基と同様のものが挙げられる。
上記式(1-1)~(1-9)、(2-1)~(2-6)中、環を構成する炭素原子の一部がエーテル性酸素原子(-O-)で置換されていてもよい。
また、式(1-1)~(1-9)、(2-1)~(2-6)中、環を構成する炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよい。該置換基としては、炭素数1~5のアルキル基、フッ素原子、フッ素化アルキル基が挙げられる。
アセタール型酸解離性基としては、たとえば、下記一般式(p1)で表される基が挙げられる。
R1’,R2’の炭素数1~5のアルキル基としては、上記α位の炭素原子に結合していてもよい置換基における、炭素数1~5のアルキル基と同様のものが挙げられ、メチル基またはエチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
本発明においては、R1’,R2’のうち少なくとも1つが水素原子であることが好ましい。すなわち、酸解離性基(p1)が、下記一般式(p1-1)で表される基であることが好ましい。
Y1の脂肪族環式基としては、従来ArFレジスト等において多数提案されている単環または多環式の脂肪族環式基の中から適宜選択して用いることができ、たとえば上記「脂肪族環式基」と同様のものが例示できる。
R19は直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基であり、炭素数は、好ましくは1~15であり、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれでもよい。
R19が直鎖状、分岐鎖状の場合は炭素数1~5であることが好ましく、エチル基、メチル基がさらに好ましく、特にエチル基が最も好ましい。
R19が環状の場合は炭素数4~15であることが好ましく、炭素数4~12であることがさらに好ましく、炭素数5~10が最も好ましい。具体的にはフッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカン、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。中でもアダマンタンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましい。
また、上記式においては、R17及びR19が、それぞれ独立に直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基(好ましくは炭素数1~5のアルキレン基)であってR19の末端とR17の末端とが結合していてもよい。
この場合、R17とR19と、R19が結合した酸素原子と、該酸素原子およびR17が結合した炭素原子とにより環式基が形成されている。該環式基としては、4~7員環が好ましく、4~6員環がより好ましい。該環式基の具体例としては、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基等が挙げられる。
X1は、酸解離性基であれば特に限定されることはなく、例えば上述した第3級アルキルエステル型酸解離性基、アセタール型酸解離性基などを挙げることができ、第3級アルキルエステル型酸解離性基が好ましい。
X2は、式(a1-0-1)中のX1と同様である。
該炭化水素基が「置換基を有する」とは、該炭化水素基における水素原子の一部または全部が、水素原子以外の基または原子で置換されていることを意味する。
該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。脂肪族炭化水素基は、芳香族性を持たない炭化水素基を意味する。
該脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、1~8がより好ましく、1~5がさらに好ましく、1~2が最も好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH2-]、エチレン基[-(CH2)2-]、トリメチレン基[-(CH2)3-]、テトラメチレン基[-(CH2)4-]、ペンタメチレン基[-(CH2)5-]等が挙げられる。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CH3)(CH2CH3)-、-C(CH3)(CH2CH2CH3)-、-C(CH2CH3)2-等のアルキルメチレン基;-CH(CH3)CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-C(CH3)2CH2-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH2CH3)2-CH2-等のアルキルエチレン基;-CH(CH3)CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH3)CH2CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2CH2-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
鎖状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよく、有していなくてもよい。該置換基としては、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1~5のフッ素化アルキル基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、3~12であることがより好ましい。
環状の脂肪族炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式基としては、炭素数3~6のモノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該モノシクロアルカンとしてはシクロペンタン、シクロヘキサン等が例示できる。
多環式基としては、炭素数7~12のポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとして具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。置換基としては、炭素数1~5のアルキル基、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1~5のフッ素化アルキル基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。置換基としては、炭素数1~5のアルキル基、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1~5のフッ素化アルキル基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
Y2が「A-O-B」である場合、AおよびBは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である。
Aにおける脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく、不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
Aにおける脂肪族炭化水素基として、より具体的には、直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。これらは上記同様である。
なかでもAとしては、直鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、直鎖状のアルキレン基がより好ましく、炭素数2~5の直鎖状のアルキレン基がさらに好ましく、エチレン基が最も好ましい。
Bとしては、直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、メチレン基またはアルキルメチレン基が特に好ましい。
アルキルメチレン基におけるアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状のアルキル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
R1’、R2’、n、Y1としては、それぞれ、上述の「アセタール型酸解離性基」の説明において挙げた一般式(p1)におけるR1’、R2’、n、Y1と同様のものが挙げられる。
Y2としては、上述の一般式(a1-0-2)におけるY2と同様のものが挙げられる。
以下の各式中、Rαは、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を示す。
その中でも、一般式(a1-1)、(a1-2)または(a1-3)で表される構成単位が好ましく、具体的には(a1-1-1)~(a1-1-4)、(a1-1-20)~(a1-1-23)、(a1-2-1)~(a1-2-24)および(a1-3-25)~(a1-3-28)からなる群から選択される少なくとも1種を用いることがより好ましい。
さらに、構成単位(a1)としては、特に式(a1-1-1)~式(a1-1-3)および(a1-1-26)の構成単位を包括する下記一般式(a1-1-01)で表されるもの、式(a1-1-16)~(a1-1-17)、式(a1-1-20)~(a1-1-23)及び(a1-1-32)の構成単位を包括する下記一般式(a1-1-02)で表されるもの、式(a1-2-3)及び(a1-2-6)の構成単位を包括する下記一般式(a1-1-03)で表されるもの、式(a1-3-25)~(a1-3-26)の構成単位を包括する下記一般式(a1-3-01)で表されるもの、式(a1-3-27)~(a1-3-28)の構成単位を包括する下記一般式(a1-3-02)、又は式(a1-3-29)~(a1-3-30)の構成単位を包括する下記一般式(a1-3-03)で表されるものも好ましい。
一般式(a1-1-03)において、R、R1’、R2’については上記と同様である。
R13は、水素原子が好ましい。
n’は、1または2が好ましく、2が最も好ましい。
aは、1~8の整数が好ましく、2~5の整数が特に好ましく、2が最も好ましい。
Y2’、Y2”における2価の連結基としては、前記一般式(a1-0-2)におけるY2と同様のものが挙げられる。
Y2’としては、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基が好ましく、直鎖状の脂肪族炭化水素基がより好ましく、直鎖状のアルキレン基がさらに好ましい。中でも、炭素数1~5の直鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基が最も好ましい。
Y2”としては、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基が好ましく、直鎖状の脂肪族炭化水素基がより好ましく、直鎖状のアルキレン基がさらに好ましい。中でも、炭素数1~5の直鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基が最も好ましい。
X’における酸解離性基は、前記と同様のものが挙げられ、第3級アルキルエステル型酸解離性基であることが好ましく、上述した環状のアルキル基の環骨格上に第3級炭素原子を有する基がより好ましく、中でも、前記一般式(1-1)で表される基が好ましい。
nは0~3の整数であり、nは、0~2の整数であることが好ましく、0または1がより好ましく、1が最も好ましい。
式(a11)中、R3は単結合又は2価の連結基である。R3の2価の連結基としては、前記式(a1-0-2)中のY2の2価の連結基と同様である。
式(a11)中、Y0は脂肪族環式基である。「脂肪族環式基」は、芳香族性を持たない単環式基または多環式基であることを示す。
構成単位(a11)における「脂肪族環式基」は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。置換基としては、炭素数1~5のアルキル基、フッ素原子、フッ素原子で置換された炭素数1~5のフッ素化アルキル基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
「脂肪族環式基」の置換基を除いた基本の環(脂肪族環)の構造は、炭素および水素からなる環(炭化水素環)であることに限定はされず、その環(脂肪族環)の構造中に酸素原子を含んでいてもよい。また、「炭化水素環」は飽和、不飽和のいずれでもよいが、通常は飽和であることが好ましい。
脂肪族環式基は、多環式基、単環式基のいずれでもよい。脂肪族環式基としては、例えば、炭素数1~5のアルキル基、フッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカン;ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカン等のポリシクロアルカンから2個以上の水素原子を除いた基等が挙げられる。より具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから2個以上の水素原子を除いた基等が挙げられる。
また、当該脂肪族環式基としては、例えば、炭素数1~5のアルキル基、フッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいテトラヒドロフラン、テトラヒドロピランから2個以上の水素原子を除いた基等も挙げられる。
構成単位(a11)における脂肪族環式基は、多環式基であることが好ましく、中でも、アダマンタンから2個以上の水素原子を除いた基が好ましい。
OZの酸分解性基としては、分解して水酸基(-OH)となる酸分解性基が好ましく、当該分解性基としては(1)水酸基をZのアセタール型酸解離性基で保護してなる基、(2)Zがその構造内に第3級アルキルエステル型酸解離性基を有し、酸解離後さらに脱炭酸反応により分解する基等が挙げられる。
ここでOZの酸素原子は、アセタール型酸解離性基により保護された水酸基由来の酸素原子であって、酸が作用することにより該酸素原子とアセタール型酸解離性基との間で結合が切断され、極性基である水酸基(-OH)が構成単位の末端に生じる。
鎖状の場合、OZにおけるZとしては、たとえば下記一般式(II)で表される第3級アルキルオキシカルボニル基が挙げられる。
式(II)中、R21~R23は、それぞれ独立して直鎖状または分岐鎖状のアルキル基である。該アルキル基の炭素数は1~5が好ましく、1~3がより好ましい。
また、一般式(II)中の-C(R21)(R22)(R23)で表される基の合計の炭素数は、4~7であることが好ましく、4~6であることがより好ましく、4~5であることが最も好ましい。
一般式(II)中の-C(R21)(R22)(R23)で表される基としては、tert-ブチル基、tert-ペンチル基等が好ましく挙げられ、tert-ブチル基がより好ましい。つまり、この場合のZとしては、tert-ブチルオキシカルボニル基(t-boc)、tert-ペンチルオキシカルボニル基が好ましい。
式(III)中のR21~R23は、前記式(II)中のR21~R23と同様である。
fは1~3の整数であり、1または2が好ましい。
鎖状の第3級アルキルオキシカルボニルアルキル基としては、tert-ブチルオキシカルボニルメチル基、tert-ブチルオキシカルボニルエチル基が好ましい。
これらの中で、環状構造を有さない第3級アルキル基含有基としては、第3級アルキルオキシカルボニル基または第3級アルキルオキシカルボニルアルキル基が好ましく、第3級アルキルオキシカルボニル基がより好ましく、tert-ブチルオキシカルボニル基(t-boc)が最も好ましい。
a’は1または2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
b’は0であることが好ましい。
a’+b’は1または2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
d’は0~3の整数であり、0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
e’は0~3の整数であり、0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
なお、b’が1以上の場合、構成単位(a11)は後述する構成単位(a3)の定義にも含まれるが、式(a11)で表される構成単位は構成単位(a11)に該当し、構成単位(a3)には該当しないもととする。
前記式(a11-2)におけるc’が0の場合、アクリル酸エステルのカルボニルオキシ基(-C(=O)-O-)の末端の酸素原子は、環式基中の酸素原子に結合する炭素原子には結合していないことが好ましい。すなわち、c’が0の場合、当該末端の酸素原子と当該環式基中の酸素原子との間には炭素原子が2つ以上存在する(この炭素原子の数が1である(すなわちアセタール結合となる)場合を除く)ことが好ましい。
構成単位(a2)は、4~12員環のラクトン含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(以下、「構成単位(a21)」という。)、3~7員環のエーテル含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(以下、「構成単位(a22)」という。)、及び5~7員環のカーボネート含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(以下、「構成単位(a23)」という。)からなる群から選ばれる少なくとも1種の構成単位である。
これらの環状化合物は、後述する特定の光酸発生剤を用いることで開環重合する。かかる開環重合により、架橋剤の添加の有無に関わらず、リソグラフィー特性に優れたレジストパターンを形成することができる。
また、後述する第三の態様の様に該レジスト組成物を用いて、基板上に形成した複数種類のポリマーが結合したブロックコポリマーを含む層を相分離させるためのレジストパターン(以下、「ガイドパターン」ということがある。)を形成する場合であれば、開環重合する上記環状化合物を含有することにより、耐熱性、耐溶剤性に優れたガイドパターンを形成することができる。
構成単位(a21)は、4~12員環のラクトン含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位である。ここでラクトン含有環式基とは、-O-C(O)-構造を含むひとつの環(ラクトン環)を含有する環式基を意味する。ラクトン環をひとつ目の環として数え、ラクトン環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。
具体的には、ラクトン含有単環式基としては、4~6員環ラクトンから水素原子を1つ除いた基、たとえばβ-プロピオノラクトンから水素原子を1つ除いた基、γ-ブチロラクトンから水素原子1つを除いた基、δ-バレロラクトンから水素原子を1つ除いた基が挙げられる。また、ラクトン含有多環式基としては、炭素数7~12の、ラクトン環を有するビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンから水素原子一つを除いた基が挙げられる。
R’の炭素数1~5のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基が挙げられる。
R’の炭素数1~5のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基が挙げられる。
R’の炭素数1~5のハロゲン化アルキル基としては、上記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
前記-COOR”におけるR”は、いずれも、水素原子または炭素数1~15の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキル基である。
R”が直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基の場合は、炭素数1~10であることが好ましく、炭素数1~5であることがさらに好ましく、メチル基またはエチル基であることが特に好ましい。
R”が環状のアルキル基の場合は、炭素数3~15であることが好ましく、炭素数4~12であることがさらに好ましく、炭素数5~10が最も好ましい。具体的には、フッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカンや、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。より具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。
A”としては、炭素数1~5のアルキレン基または-O-が好ましく、炭素数1~5のアルキレン基がより好ましく、メチレン基が最も好ましい。
R29は単結合または2価の連結基である。2価の連結基としては、前記一般式(a1-0-2)中のY2で説明した2価の連結基と同様であり、それらの中でも、アルキレン基、エステル結合(-C(=O)-O-)、もしくはそれらの組み合わせであることが好ましい。R29における2価の連結基としてのアルキレン基は、直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基がより好ましい。具体的には、前記Y2のうちAにおける脂肪族炭化水素基で挙げた直鎖状のアルキレン基、分岐鎖状のアルキレン基と同様のものが挙げられる。
s”は1~2の整数が好ましい。
以下に、前記一般式(a21-1)~(a21-5)で表される構成単位の具体例を例示する。以下の各式中、Rαは、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を示す。
構成単位(a22)は、3~7員環のエーテル含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位である。ここで、エーテル含有環式基とは、環状の炭化水素の炭素が酸素で置換された構造(環状エーテル)を含有する環式基を意味する。環状エーテルをひとつ目の環として数え、環状エーテルのみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。
具体的には、エーテル含有環式基としては、3~7員環の環状エーテルから水素原子を1つ除いた基、たとえばエポキシエタンから水素原子を1つ除いた基、オキセタンから水素原子を1つ除いた基、テトラヒドロフランから水素原子1つを除いた基、テトラヒドロピランから水素原子を1つ除いた基が挙げられる。また、エーテル含有多環式基としては、環状エーテルを有するビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンから水素原子一つを除いた基が挙げられる。
以下に、前記一般式(a22-1)~(a22-5)で表される構成単位の具体例を例示する。以下の各式中、Rαは、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を示す。
構成単位(a23)としては、5~7員環のカーボネート含有環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位である。ここで、カーボネート含有環式基とは、-O-C(=O)-O-構造を含むひとつの環(環状カーボネート)を含有する環式基を意味する。
q”は1~3の整数であり、1又は2が好ましく、1がより好ましい。
以下に、前記一般式(a23-1)で表される構成単位の具体例を例示する。以下の各式中、Rαは、水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を示す。
(A1)成分中の構成単位(a2)の割合は、(A1)成分を構成する全構成単位の合計に対して、5~80モル%が好ましく、5~70モル%がより好ましく、10~60モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることにより、構成単位(a2)を含有させることによる効果が十分に得られ、上限値以下とすることにより、他の構成単位とのバランスを取ることができる。
また、本発明の溶剤現像ネガ型レジスト組成物を後述する第三の態様のパターン形成方法に用いる場合であれば、(A1)成分中の構成単位(a2)の割合は、(A1)成分を構成する全構成単位の合計に対して、20~80モル%が好ましく、20~70モル%がより好ましく、25~60モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることにより、該レジストパターン上から有機溶剤に溶解したブロックコポリマーを塗布した際、又は、ブロックコポリマーを相分離させるために高温のアニール処理を行う際に十分な耐溶剤性及び耐熱性を付与することができる。
構成単位(a0)は、-SO2-含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位である。
ここで、-SO2-含有環式基とは、その環骨格中に-SO2-を含む環を含有する環式基を示し、具体的には、-SO2-における硫黄原子(S)が環式基の環骨格の一部を形成する環式基である。その環骨格中に-SO2-を含む環をひとつ目の環として数え、該環のみの場合は単環式基、さらに他の環構造を有する場合は、その構造に関わらず多環式基と称する。-SO2-含有環式基は、単環式であってもよく、多環式であってもよい。
-SO2-含有環式基は、特に、その環骨格中に-O-SO2-を含む環式基、すなわち-O-SO2-中の-O-S-が環骨格の一部を形成するサルトン(sultone)環を含有する環式基であることが好ましい。
-SO2-含有環式基は、炭素数が3~30であることが好ましく、4~20であることが好ましく、4~15であることがより好ましく、4~12であることが特に好ましい。ただし、該炭素数は環骨格を構成する炭素原子の数であり、置換基における炭素数を含まないものとする。
-SO2-含有環式基は、-SO2-含有脂肪族環式基であってもよく、-SO2-含有芳香族環式基であってもよい。好ましくは-SO2-含有脂肪族環式基である。
-SO2-含有脂肪族環式基としては、その環骨格を構成する炭素原子の一部が-SO2-または-O-SO2-で置換された脂肪族炭化水素環から水素原子を少なくとも1つ除いた基が挙げられる。より具体的には、その環骨格を構成する-CH2-が-SO2-で置換された脂肪族炭化水素環から水素原子を少なくとも1つ除いた基、その環を構成する-CH2-CH2-が-O-SO2-で置換された脂肪族炭化水素環から水素原子を少なくとも1つ除いた基等が挙げられる。
該脂環式炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、3~12であることがより好ましい。
該脂環式炭化水素基は、多環式であってもよく、単環式であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、炭素数3~6のモノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該モノシクロアルカンとしてはシクロペンタン、シクロヘキサン等が例示できる。多環式の脂環式炭化水素基としては、炭素数7~12のポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとして具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
該置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~6のアルキル基が好ましい。該アルキル基は、直鎖状または分岐鎖状であることが好ましい。具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。これらの中でも、メチル基またはエチル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
該置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~6のアルコキシ基が好ましい。該アルコキシ基は、直鎖状または分岐鎖状であることが好ましい。具体的には、前記置換基としてのアルキル基として挙げたアルキル基に酸素原子(-O-)に結合した基が挙げられる。
該置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
該置換基のハロゲン化アルキル基としては、前記アルキル基の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
該置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前記置換基としてのアルキル基として挙げたアルキル基の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン化アルキル基としてはフッ素化アルキル基が好ましく、特にパーフルオロアルキル基が好ましい。
前記-COOR”、-OC(=O)R”におけるR”は、いずれも、水素原子または炭素数1~15の直鎖状、分岐鎖状もしくは環状のアルキル基である。
R”が直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基の場合は、炭素数1~10であることが好ましく、炭素数1~5であることがさらに好ましく、メチル基またはエチル基であることが特に好ましい。
R”が環状のアルキル基の場合は、炭素数3~15であることが好ましく、炭素数4~12であることがさらに好ましく、炭素数5~10が最も好ましい。具体的には、フッ素原子またはフッ素化アルキル基で置換されていてもよいし、されていなくてもよいモノシクロアルカンや、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。より具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンや、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。
該置換基としてのヒドロキシアルキル基としては、炭素数が1~6であるものが好ましく、具体的には、前記置換基としてのアルキル基として挙げたアルキル基の水素原子の少なくとも1つが水酸基で置換された基が挙げられる。
-SO2-含有環式基として、より具体的には、下記一般式(3-1)~(3-4)で表される基が挙げられる。
A’における炭素数1~5のアルキレン基としては、直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基等が挙げられる。
該アルキレン基が酸素原子または硫黄原子を含む場合、その具体例としては、前記アルキレン基の末端または炭素原子間に-O-または-S-が介在する基が挙げられ、たとえば-O-CH2-、-CH2-O-CH2-、-S-CH2-、-CH2-S-CH2-等が挙げられる。
A’としては、炭素数1~5のアルキレン基または-O-が好ましく、炭素数1~5のアルキレン基がより好ましく、メチレン基が最も好ましい。
zは0~2のいずれであってもよく、0が最も好ましい。
zが2である場合、複数のR27はそれぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
R27におけるアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基としては、それぞれ、前記で-SO2-含有環式基が有していてもよい置換基として挙げたアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、-COOR”、-OC(=O)R”、ヒドロキシアルキル基と同様のものが挙げられる。
以下に、前記一般式(3-1)~(3-4)で表される具体的な環式基を例示する。なお、式中の「Ac」はアセチル基を示す。
R28は、前記で挙げた-SO2-含有環式基と同様である。
構成単位(a0)は、下記一般式(a0-0-1)で表される構成単位であることが好ましい。
R30の2価の連結基としては、直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、2価の脂環式炭化水素基、またはヘテロ原子を含む2価の連結基が好ましい。
該直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、2価の脂環式炭化水素基、ヘテロ原子を含む2価の連結基としては、それぞれ、前記Y2で好ましいものとして挙げた直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、2価の脂環式炭化水素基、ヘテロ原子を含む2価の連結基と同様のものが挙げられる。
上記の中でも、直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、またはヘテロ原子として酸素原子を含む2価の連結基が好ましい。
直鎖状のアルキレン基としては、メチレン基またはエチレン基が好ましく、メチレン基が特に好ましい。
分岐鎖状のアルキレン基としては、アルキルメチレン基またはアルキルエチレン基が好ましく、-CH(CH3)-、-C(CH3)2-または-C(CH3)2CH2-が特に好ましい。
酸素原子を含む2価の連結基としては、エーテル結合またはエステル結合を含む2価の連結基が好ましく、前記式-A-O-B-、-[A-C(=O)-O]m-B-または-A-O-C(=O)-B-で表される基がより好ましい。mは 1~3の整数である。
なかでも、式-A-O-C(=O)-B-で表される基が好ましく、-(CH2)c-C(=O)-O-(CH2)d-で表される基が特に好ましい。cは1~5の整数であり、1または2が好ましい。dは1~5の整数であり、1または2が好ましい。
R30としては、直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、または酸素原子を含む2価の連結基が好ましい。R30における直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、酸素原子を含む2価の連結基としては、それぞれ、前記で挙げた直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、酸素原子を含む2価の連結基と同様のものが挙げられる。
式(a0-1-12)で表される構成単位としては、特に、下記一般式(a0-1-12a)または(a0-1-12b)で表される構成単位が好ましい。
構成単位(a3)は、極性基含有脂肪族炭化水素基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位である。
(A1)成分が構成単位(a3)を有することにより、(A)成分の親水性が高まり、現像液との親和性が高まって、露光部でのアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与する。
極性基としては、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、オキソ基、アルキル基の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基等が挙げられ、特に水酸基が好ましい。
脂肪族炭化水素基としては、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状の炭化水素基(好ましくはアルキレン基)や、多環式の脂肪族炭化水素基(多環式基)が挙げられる。該多環式基としては、例えばArFエキシマレーザー用レジスト組成物用の樹脂において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができる。該多環式基の炭素数は7~30であることが好ましい。
その中でも、水酸基、シアノ基、カルボキシ基、オキソ基、またはアルキル基の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基を含有する脂肪族多環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位がより好ましい。該多環式基としては、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどから2個以上の水素原子を除いた基などを例示できる。具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから2個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。これらの多環式基の中でも、アダマンタンから2個以上の水素原子を除いた基、ノルボルナンから2個以上の水素原子を除いた基、テトラシクロドデカンから2個以上の水素原子を除いた基が工業上好ましい。
(A1)成分中の構成単位(a3)の割合は、(A1)成分を構成する全構成単位に対し、5~50モル%であることが好ましく、5~40モル%がより好ましく、5~25モル%がさらに好ましい。下限値以上とすることにより構成単位(a3)を含有させることによる効果が充分に得られ、上限値以下とすることにより他の構成単位とのバランスをとることができる。
(A1)成分は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記構成単位(a0)~(a3)以外の他の構成単位(a4)を含んでいてもよい。
構成単位(a4)は、上述の構成単位(a0)~(a3)に分類されない他の構成単位であれば特に限定されるものではなく、ArFエキシマレーザー用、KrFエキシマレーザー用(好ましくはArFエキシマレーザー用)等のレジスト用樹脂に用いられるものとして従来から知られている多数のものが使用可能である。
構成単位(a4)としては、例えば酸非解離性の脂肪族多環式基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位などが好ましい。該多環式基は、例えば、前記の構成単位(a1)の場合に例示したものと同様のものを例示することができ、ArFエキシマレーザー用、KrFエキシマレーザー用(好ましくはArFエキシマレーザー用)等のレジスト組成物の樹脂成分に用いられるものとして従来から知られている多数のものが使用可能である。
特にトリシクロデシル基、アダマンチル基、テトラシクロドデシル基、イソボルニル基、ノルボルニル基から選ばれる少なくとも1種であると、工業上入手し易いなどの点で好ましい。これらの多環式基は、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を置換基として有していてもよい。
また、構成単位(a4)としては、酸非解離性の芳香族基を含むアクリル酸エステルから誘導される構成単位、スチレンから誘導される構成単位、ヒドロキシスチレンから誘導される構成単位等も好ましい。
構成単位(a4)として、具体的には、下記一般式(a4-1)~(a4-9)の構造のもの、ビニル(ヒドロキシ)ナフタレン、(ヒドロキシ)ナフチル(メタ)アクリレート(ヒドロキシ)ベンジル(メタ)アクリレート等を例示することができる。
本発明において、(A1)成分としては、特に下記一般式(A1-11)~(A1-26)に示す構成単位の組み合わせを含むものが好ましい。下記一般式中、R、R29、s”、R’、R12、h、j、R11、e、A’、A”、q”、R1’、R2’はそれぞれ前記と同じであり、式中に複数あるR、R29、R’はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。
また、(A1)成分には、上記重合の際に、たとえばHS-CH2-CH2-CH2-C(CF3)2-OHのような連鎖移動剤を併用して用いることにより、末端に-C(CF3)2-OH基を導入してもよい。このように、アルキル基の水素原子の一部がフッ素原子で置換されたヒドロキシアルキル基が導入された共重合体は、現像欠陥の低減やLER(ラインエッジラフネス:ライン側壁の不均一な凹凸)の低減に有効である。
また、(A1)成分の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されるものではなく、1.0~5.0が好ましく、1.0~3.0がより好ましく、1.2~2.5が最も好ましい。
なお、Mnは数平均分子量を示す。
(A)成分中の(A1)成分の割合は、(A)成分の総質量に対し、25質量%以上が好ましく、50質量%がより好ましく、75質量%がさらに好ましく、100質量%であってもよい。該割合が25質量%以上であると、リソグラフィー特性等の効果が向上する。
本発明のレジスト組成物は、(A)成分として、前記(A1)成分に該当しない、酸の作用により極性が増大し、有機溶剤を含有する現像液に対する溶解性が減少する基材成分(以下、(A2)成分という。)を含有してもよい。
(A2)成分としては、特に限定されず、化学増幅型レジスト組成物用の基材成分として従来から知られている多数のもの(たとえばArFエキシマレーザー用、KrFエキシマレーザー用(好ましくはArFエキシマレーザー用)等のベース樹脂)から任意に選択して用いればよい。たとえばArFエキシマレーザー用のベース樹脂としては、前記構成単位(a1)を必須の構成単位として有し、任意に前記構成単位(a0)、(a2)~(a4)をさらに有する樹脂が挙げられる。
(A2)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のレジスト組成物中、(A)成分の含有量は、形成しようとするレジスト膜厚等に応じて調整すればよい。
[(B1)成分]
本発明のレジスト組成物において、(B)成分は、露光によりスルホン酸を発生する化合物からなる酸発生剤(B1)(以下、「(B1)成分」という。)を含む。
(B1)成分としては、露光によりスルホン酸を発生する化合物であれば特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤として提案されているものを使用することができる。
(B1)成分として具体的には、スルホネートアニオンを有するオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、スルホニルジアゾメタン系酸発生剤、イミドスルホネート系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤が挙げられる。
スルホネートアニオンを有するオニウム塩系酸発生剤としては、下記一般式(b0)で表される化合物が挙げられる。
R4”におけるアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであっても良い。
前記直鎖状または分岐鎖状のアルキル基としては、炭素数1~10であることが好ましく、炭素数1~8であることがさらに好ましく、炭素数1~4であることが最も好ましい。
R4”におけるハロゲン化アルキル基としては、前記直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
ハロゲン化アルキル基においては、当該ハロゲン化アルキル基に含まれるハロゲン原子および水素原子の合計数に対するハロゲン原子の数の割合(ハロゲン化率(%))が、10~100%であることが好ましく、50~100%であることが好ましく、100%が最も好ましい。該ハロゲン化率が高いほど、酸の強度が強くなるので好ましい。
R4”がフッ素化アルキル基であるアニオンとしては、例えば、トリフルオロメタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート、ヘプタフルオロプロパンスルホネート等が挙げられる。
前記R4”におけるアルケニル基は、炭素数2~10のアルケニル基であることが好ましい。
R4”における置換基の数は1つであってもよく、2つ以上であってもよい。
前記ハロゲン原子、アルキル基としては、R4”において、ハロゲン化アルキル基におけるハロゲン原子、アルキル基として挙げたもの同様のものが挙げられる。
前記ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等が挙げられる。
なかでも、R4”としては、置換基としてX-Q1-を有するフッ素化アルキル基であることが好ましく、特に好ましい(B1)成分としては、下記一般式(b1)で表される化合物が挙げられる。なお、式(b0)中のZ+については後述する。
Xの炭化水素基は、芳香族炭化水素基であってもよく、脂肪族炭化水素基であってもよい。
芳香族炭化水素基は、芳香環を有する炭化水素基である。該芳香族炭化水素基の炭素数は3~30であることが好ましく、5~30であることがより好ましく、5~20がさらに好ましく、6~15が特に好ましく、6~12が最も好ましい。ただし、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。
芳香族炭化水素基として、具体的には、フェニル基、ビフェニル(biphenyl)基、フルオレニル(fluorenyl)基、ナフチル基、アントリル(anthryl)基、フェナントリル基等の、芳香族炭化水素環から水素原子を1つ除いたアリール基、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基等が挙げられる。前記アリールアルキル基中のアルキル鎖の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
該芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい。たとえば当該芳香族炭化水素基が有する芳香環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換されていてもよく、当該芳香族炭化水素基が有する芳香環に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよい。
前者の例としては、前記アリール基の環を構成する炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換されたヘテロアリール基、前記アリールアルキル基中の芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部が前記ヘテロ原子で置換されたヘテロアリールアルキル基等が挙げられる。
後者の例における芳香族炭化水素基の置換基としては、たとえば、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
前記芳香族炭化水素基の置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記芳香族炭化水素基の置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記芳香族炭化水素基の置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
前記芳香族炭化水素基の置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前記アルキル基の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
Xにおいて、脂肪族炭化水素基は、当該脂肪族炭化水素基を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子を含む置換基で置換されていてもよく、当該脂肪族炭化水素基を構成する水素原子の一部または全部がヘテロ原子を含む置換基で置換されていてもよい。
Xにおける「ヘテロ原子」としては、炭素原子および水素原子以外の原子であれば特に限定されず、たとえばハロゲン原子、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子等が挙げられる。
ヘテロ原子を含む置換基は、前記ヘテロ原子のみからなるものであってもよく、前記ヘテロ原子以外の基または原子を含む基であってもよい。
炭素原子の一部を置換する置換基として、具体的には、たとえば-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-(Hがアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい)、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-等が挙げられる。脂肪族炭化水素基が環状である場合、これらの置換基を環構造中に含んでいてもよい。
水素原子の一部または全部を置換する置換基として、具体的には、たとえばアルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、酸素原子(=O)、シアノ基等が挙げられる。
前記アルコキシ基としては、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
前記ハロゲン化アルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基等のアルキル基の水素原子の一部または全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
直鎖状の飽和炭化水素基(アルキル基)としては、炭素数が1~20であることが好ましく、1~15であることがより好ましく、1~10が最も好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、イソヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基等が挙げられる。
分岐鎖状の飽和炭化水素基(アルキル基)としては、炭素数が3~20であることが好ましく、3~15であることがより好ましく、3~10が最も好ましい。具体的には、例えば、1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基などが挙げられる。
不飽和炭化水素基としては、上記の中でも、特にプロペニル基が好ましい。
具体的には、たとえば、モノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基;ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。より具体的には、シクロペンタン、シクロヘキサン等のモノシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基;アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基などが挙げられる。
脂肪族環式基が、その環構造中にヘテロ原子を含む置換基を含まない場合は、脂肪族環式基としては、多環式基が好ましく、ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基が好ましく、アダマンタンから1個以上の水素原子を除いた基が最も好ましい。
脂肪族環式基が、その環構造中にヘテロ原子を含む置換基を含むものである場合、該ヘテロ原子を含む置換基としては、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-が好ましい。かかる脂肪族環式基の具体例としては、たとえば下記式(L1)~(L6)、(S1)~(S4)等が挙げられる。
これらの脂肪族環式基は、その環構造を構成する炭素原子に結合した水素原子の一部が置換基で置換されていてもよい。該置換基としては、たとえばアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、水酸基、酸素原子(=O)等が挙げられる。
前記アルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが特に好ましい。
前記アルコキシ基、ハロゲン原子はそれぞれ前記Xが脂肪族炭化水素基であるときの当該脂肪族炭化水素基の水素原子の一部または全部を置換する置換基として挙げたものと同様のものが挙げられる。
前記芳香族炭化水素基としては、置換基を有していてもよいナフチル基、または置換基を有していてもよいフェニル基が好ましい。
置換基を有していてもよい脂肪族環式基としては、置換基を有していてもよい多環式の脂肪族環式基が好ましい。該多環式の脂肪族環式基としては、前記ポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基、前記(L2)~(L6)、(S3)~(S4)等が好ましい。
Q1は、酸素原子以外の原子を含有してもよい。酸素原子以外の原子としては、たとえば炭素原子、水素原子、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
酸素原子を含む2価の連結基としては、たとえば、酸素原子(エーテル結合;-O-)、エステル結合(-C(=O)-O-)、アミド結合(-C(=O)-NH-)、カルボニル基(-C(=O)-)、カーボネート結合(-O-C(=O)-O-)等の非炭化水素系の酸素原子含有連結基;該非炭化水素系の酸素原子含有連結基とアルキレン基との組み合わせ等が挙げられる。
該組み合わせとしては、たとえば、-R91-O-、-R92-O-C(=O)-、-C(=O)-O-R93-O-C(=O)-(式中、R91~R93はそれぞれ独立にアルキレン基である。)等が挙げられる。
R91~R93におけるアルキレン基としては、直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、該アルキレン基の炭素数は、1~12が好ましく、1~5がより好ましく、1~3が特に好ましい。
該アルキレン基として、具体的には、たとえばメチレン基[-CH2-];-CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CH3)(CH2CH3)-、-C(CH3)(CH2CH2CH3)-、-C(CH2CH3)2-等のアルキルメチレン基;エチレン基[-CH2CH2-];-CH(CH3)CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-C(CH3)2CH2-、-CH(CH2CH3)CH2-等のアルキルエチレン基;トリメチレン基(n-プロピレン基)[-CH2CH2CH2-];-CH(CH3)CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-等のアルキルトリメチレン基;テトラメチレン基[-CH2CH2CH2CH2-];-CH(CH3)CH2CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2CH2-等のアルキルテトラメチレン基;ペンタメチレン基[-CH2CH2CH2CH2CH2-]等が挙げられる。
Q1としては、エステル結合またはエーテル結合を含む2価の連結基が好ましく、なかでも、-R91-O-、-R92-O-C(=O)-または-C(=O)-O-R93-O-C(=O)-が好ましい。
Rfのフッ素化アルキレン基としては、炭素数1~4のアルキレン基の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された基が挙げられる。
Rfとして、具体的には、-CF2-、-CF2CF2-、-CF2CF2CF2-、-CF(CF3)CF2-、-CF(CF2CF3)-、-C(CF3)2-、-CF2CF2CF2CF2-、-CF(CF3)CF2CF2-、-CF2CF(CF3)CF2-、-CF(CF3)CF(CF3)-、-C(CF3)2CF2-、-CF(CF2CF3)CF2-、-CF(CF2CF2CF3)-、-C(CF3)(CF2CF3)-;-CHF-、-CH2CF2-、-CH2CH2CF2-、-CH2CF2CF2-、-CH(CF3)CH2-、-CH(CF2CF3)-、-C(CH3)(CF3)-、-CH2CH2CH2CF2-、-CH2CH2CF2CF2-、-CH(CF3)CH2CH2-、-CH2CH(CF3)CH2-、-CH(CF3)CH(CF3)-、-C(CF3)2CH2-等が挙げられる。
フッ素化アルキレン基が有していてもよい置換基としては、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、水酸基等が挙げられる。
R7に付された符号(r1~r2、w1~w5)が2以上の整数である場合、当該化合物中の複数のR7はそれぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、上記式(b1-7)及び(b1-8)において、芳香環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子に置換されていても良い。ヘテロ原子としては窒素原子(N)が好ましい。
Z+の有機カチオンは、特に制限されず、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤のオニウム塩系酸発生剤の有機カチオンとして提案されているものを使用することができる。
Z+の有機カチオンとして、例えば下記一般式(b-1’)または(b-2’)で表されるスルホニウム又はヨードニウムカチオンを用いることができる。
また、R1”~R3”のうち、少なくとも1つはアリール基を表すことが好ましく、R1”~R3”のうち、2以上がアリール基であることがより好ましく、R1”~R3”のすべてがアリール基であることが最も好ましい。
アリール基としては、安価に合成可能なことから、炭素数6~10のアリール基が好ましい。具体的には、たとえばフェニル基、ナフチル基が挙げられる。
前記アリール基の水素原子が置換されていてもよいアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていてもよいアルコキシ基としては、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていてもよいハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
式(b-1’)におけるR1”~R3”のうち、いずれか2つが相互に結合して式中のイオウ原子と共に環を形成する場合、残りの1つは、アリール基であることが好ましい。
前記アリール基は、前記R1”~R3”のアリール基と同様のものが挙げられる。
下記式(I-1-9)~(I-1-10)中、R9、R10は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基または炭素数1~5のアルキル基、アルコキシ基、水酸基である。
uは1~3の整数であり、1または2が最も好ましい。
下記式(I-1-11)中、g2は繰り返し数であって、0~20の整数を示す。
アルコキシ基は、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、なかでも直鎖または分岐鎖状のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が特に好ましい。
ハロゲン原子は、フッ素原子が好ましい。
ハロゲン化アルキル基は、上記アルキル基中の一個又は複数個の水素原子が、ハロゲン原子で置換された基が好ましく、ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。
ヒドロキシアルキル基は、上記アルキル基中の一個又は複数個の水素原子がヒドロキシ基で置換された基が好ましく、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
R41~R46に付された符号n1~n6が2以上の整数である場合、複数のR41~R46はそれぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
n1は、好ましくは0~2であり、より好ましくは0又は1であり、さらに好ましくは0である。
n2およびn3は、好ましくはそれぞれ独立して0又は1であり、より好ましくは0である。
n4は、好ましくは0~2であり、より好ましくは0又は1である。
n5は、好ましくは0又は1であり、より好ましくは0である。
n6は、好ましくは0又は1であり、より好ましくは1である。
R5”~R6”のアリール基としては、R1”~R3”のアリール基と同様のものが挙げられる。
R5”~R6”のアルキル基としては、R1”~R3”のアルキル基と同様のものが挙げられる。
これらの中で、R5”~R6”は、すべてフェニル基であることが最も好ましい。
本明細書において、オキシムスルホネート系酸発生剤とは、下記一般式(B-1)で表される基を少なくとも1つ有する化合物であって、放射線の照射によってスルホン酸を発生する特性を有するものである。この様なオキシムスルホネート系酸発生剤は、化学増幅型レジスト組成物用として多用されているので、任意に選択して用いることができる。
R31の有機基としては、直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基またはアリール基が好ましい。これらのアルキル基、アリール基は置換基を有していても良い。該置換基としては、特に制限はなく、たとえばフッ素原子、炭素数1~6の直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基等が挙げられる。ここで、「置換基を有する」とは、アルキル基またはアリール基の水素原子の一部または全部が置換基で置換されていることを意味する。
アルキル基としては、炭素数1~20が好ましく、炭素数1~10がより好ましく、炭素数1~8がさらに好ましく、炭素数1~6が特に好ましく、炭素数1~4が最も好ましい。アルキル基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアルキル基(以下、ハロゲン化アルキル基ということがある)が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味し、完全にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。すなわち、ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
アリール基は、炭素数4~20が好ましく、炭素数4~10がより好ましく、炭素数6~10が最も好ましい。アリール基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアリール基が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味し、完全にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味する。
R31としては、特に、置換基を有さない炭素数1~4のアルキル基、または炭素数1~4のフッ素化アルキル基が好ましい。
R32の有機基としては、直鎖状、分岐鎖状または環状のアルキル基、アリール基またはシアノ基が好ましい。R32のアルキル基、アリール基としては、前記R31で挙げたアルキル基、アリール基と同様のものが挙げられる。
R32としては、特に、シアノ基、置換基を有さない炭素数1~8のアルキル基、または炭素数1~8のフッ素化アルキル基が好ましい。
R33としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましい。
R33におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、70%以上フッ素化されていることがより好ましく、90%以上フッ素化されていることが特に好ましい。
R34のアリール基としては、フェニル基、ビフェニル(biphenyl)基、フルオレニル(fluorenyl)基、ナフチル基、アントリル(anthryl)基、フェナントリル基等の、芳香族炭化水素の環から水素原子を1つ除いた基、およびこれらの基の環を構成する炭素原子の一部が酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換されたヘテロアリール基等が挙げられる。これらのなかでも、フルオレニル基が好ましい。
R34のアリール基は、炭素数1~10のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基等の置換基を有していても良い。該置換基におけるアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1~8であることが好ましく、炭素数1~4がさらに好ましい。また、該ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
R35の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基は、炭素数が1~10であることが好ましく、炭素数1~8がより好ましく、炭素数1~6が最も好ましい。
R35としては、ハロゲン化アルキル基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましい。
R35におけるフッ素化アルキル基は、アルキル基の水素原子が50%以上フッ素化されていることが好ましく、70%以上フッ素化されていることがより好ましく、90%以上フッ素化されていることが、発生する酸の強度が高まるため特に好ましい。最も好ましくは、水素原子が100%フッ素置換された完全フッ素化アルキル基である。
R37の2または3価の芳香族炭化水素基としては、上記R34のアリール基からさらに1または2個の水素原子を除いた基が挙げられる。
R38の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基としては、上記R35の置換基を有さないアルキル基またはハロゲン化アルキル基と同様のものが挙げられる。
p”は好ましくは2である。
また、特開平9-208554号公報(段落[0012]~[0014]の[化18]~[化19])に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤、国際公開第04/074242号パンフレット(65~86頁目のExample1~40)に開示されているオキシムスルホネート系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、好適なものとして以下のものを例示することができる。
スルホニルジアゾメタン系酸発生剤のうち、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類の具体例としては、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1-ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン等が挙げられる。
また、特開平11-035551号公報、特開平11-035552号公報、特開平11-035573号公報に開示されているスルホニルジアゾメタン系酸発生剤も好適に用いることができる。
また、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類としては、例えば、特開平11-322707号公報に開示されている、1,3-ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,4-ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ブタン、1,6-ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10-ビス(フェニルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカン、1,2-ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)エタン、1,3-ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)プロパン、1,6-ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)ヘキサン、1,10-ビス(シクロヘキシルスルホニルジアゾメチルスルホニル)デカンなどを挙げることができる。
イミドスルホネート系酸発生剤としては特に限定されるものではなく、ノルボルネンジカルボキシイミドパーフルオロアルカンスルホネート等が挙げられる。
ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤としては特に限定されるものではなく、例えば、2,4-ジニトロベンジルスルホネート、2-ニトロベンジルスルホネート、2,6-ジニトロベンジルスルホネート等が挙げられる。
また、本発明のレジスト組成物において、(B)成分中の(B1)成分の含有割合は、40質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、100質量%でもよい。(B1)成分の含有割合が前記範囲の下限値以上であることにより、リソグラフィー特性、及びレジストパターン形状に優れる。
本発明のレジスト組成物は、(B)成分として、上記(B1)成分に加えて、必要に応じて上記(B1)成分に該当しない酸発生剤成分(以下「(B2)成分」という。)を含有してもよい。
(B2)成分としては、上記(B1)成分に該当しないものであれば特に限定されず、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤として提案されているものを使用することができる。
(B2)成分としては、例えば、下記一般式(b-3)又は(b-4)で表されるアニオン部を有するオニウム塩系酸発生剤が挙げられる。該オニウム塩系酸発生剤において、カチオン部は上記(B1)成分のZ+と同様のものを用いることができる。
Y”、Z”は、それぞれ独立に、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状または分岐鎖状のアルキル基であり、該アルキル基の炭素数は1~10であり、好ましくは炭素数1~7、より好ましくは炭素数1~3である。
X”のアルキレン基の炭素数またはY”、Z”のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。
また、X”のアルキレン基またはY”、Z”のアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。該アルキレン基またはアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70~100%、さらに好ましくは90~100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基またはパーフルオロアルキル基である。
本発明のレジスト組成物において、(B)成分が(B2)成分を含有する場合、(B)成分中の(B2)成分の含有割合は、0.5~40質量%であることが好ましく、0.5~15質量%であることがより好ましく、0.5~8質量%であることがさらに好ましい。
本発明のレジスト組成物は、任意の成分として、塩基性化合物成分(D)(以下、「(D)成分」という。)を含有していてもよい。本発明において、(D)成分は、酸拡散制御剤、すなわち露光により前記(B)成分等から発生する酸をトラップするクエンチャーとして作用するものである。なお、本発明において「塩基性化合物」とは、(B)成分に対して相対的に塩基性となる化合物をいう。
本発明における(D)成分は、カチオン部と、アニオン部とからなる塩基性化合物(D1)(以下、「(D1)成分」という。)であってもよく、該(D1)成分に該当しない塩基性化合物(D2)(以下「(D2)成分」という。)であってもよい。
本発明において、(D1)成分は、下記一般式(d1-1)で表される化合物(d1-1))(以下、「(d1-1)成分」という。)、下記一般式(d1-2)で表される化合物(d1-2)(以下、「(d1-2)成分」という。)、及び下記一般式(d1-3)で表される化合物(d1-3)(以下、「(d1-3)成分」という。)からなる群から選ばれる1つ以上を含有することが好ましい。
・アニオン部
式(d1-1)中、R1は置換基を有していてもよい炭化水素基である。
R1の置換基を有していてもよい炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても芳香族炭化水素基であってもよく、(B)成分中のXの脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基と同様のものが挙げられる。
なかでもR1の置換基を有していてもよい炭化水素基としては、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、又は、置換基を有していてもよい脂肪族環式基であることが好ましく、置換基を有していてもよいフェニル基やナフチル基;アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のポリシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた基であることがより好ましい。
R1の直鎖状、分岐鎖状あるいは脂環式アルキル基の炭素数は、1~10であることが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等の直鎖状のアルキル基、1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基等の分岐鎖状のアルキル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等の脂環式アルキル基が挙げられる。
フッ素化アルキル基の炭素数は、1~11が好ましく、1~8がより好ましく、1~4がさらに好ましい。具体的には例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等の直鎖状のアルキル基を構成する一部又は全部の水素原子がフッ素原子により置換された基や、1-メチルエチル基、1-メチルプロピル基、2-メチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基等の分岐鎖状のアルキル基を構成する一部又は全部の水素原子がフッ素原子により置換された基が挙げられる。
また、R1のフッ素化アルキル基は、フッ素原子以外の原子を含有してもよい。フッ素原子以外の原子としては、たとえば酸素原子、炭素原子、水素原子、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
なかでも、R1のフッ素化アルキル基としては、直鎖状のアルキル基を構成する一部又は全部の水素原子がフッ素原子により置換された基であることが好ましく、直鎖状のアルキル基を構成する水素原子の全てがフッ素原子で置換された基(パーフルオロアルキル基)であることが好ましい。
式(d1-1)中、M+は、有機カチオンである。
M+の有機カチオンとしては特に限定されるものではないが、例えば、前記式(b-1’)及び(b-2’)で表されるカチオン部が挙げられる。
(d1-1)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
・アニオン部
式(d1-2)中、Z2cは置換基を有していてもよい炭素数1~30の炭化水素基である。
Z2cの置換基を有していてもよい炭素数1~30の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても芳香族炭化水素基であってもよく、前記式(b1)中のXの脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基と同様のものが挙げられる。
なかでもZ2cの置換基を有していてもよい炭化水素基としては、置換基を有していてもよい脂肪族環式基であることが好ましく、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン、カンファー等から1個以上の水素原子を除いた基(置換基を有していてもよい)であることがより好ましい。
Z2cの炭化水素基は置換基を有していてもよく、置換基としては、(B)成分中のXと同様のものが挙げられる。ただし、Z2cにおいて、SO3 -におけるS原子に隣接する炭素は、フッ素置換されていないものとする。SO3 -とフッ素原子とが隣接しないことにより、当該(d1-2)成分のアニオンが適度な弱酸アニオンとなり、(D)成分のクエンチング能が向上する。
以下に(d1-2)成分のアニオン部の好ましい具体例を示す。
式(d1-2)中、M+は、前記式(d1-1)中のM+と同様である。
(d1-2)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
・アニオン部
式(d1-3)中、R2は有機基である。
R2の有機基は特に限定されるものではないが、アルキル基、アルコキシ基、-O-C(=O)-C(RC2)=CH2(RC2は水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である)、または-O-C(=O)-RC3(RC3は炭化水素基である)である。
R2のアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。R2のアルキル基の水素原子の一部が水酸基、シアノ基等で置換されていてもよい。
R2のアルコキシ基は、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、炭素数1~5のアルコキシ基として具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基が挙げられる。なかでも、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
RC2における炭素数1~5のアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、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、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。
RC2におけるハロゲン化アルキル基は、前記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換された基である。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
RC2としては、水素原子、炭素数1~3のアルキル基又は炭素数1~3のフッ素化アルキル基が好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子又はメチル基が最も好ましい。
RC3の炭化水素基は、芳香族炭化水素基であっても、脂肪族炭化水素基であってもよい。RC3の炭化水素基として具体的には、(B)成分中のXの炭化水素基と同様のものが挙げられる。
なかでも、RC3の炭化水素基としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等のシクロアルカンから1個以上の水素原子を除いた脂環式基、又は、フェニル基、ナフチル基等の芳香族基が好ましい。RC3が脂環式基である場合、レジスト組成物が有機溶剤に良好に溶解することによりリソグラフィー特性が良好となる。また、RC3が芳香族基である場合、EUV等を露光光源とするリソグラフィーにおいて、該レジスト組成物が光吸収効率に優れ、感度やリソグラフィー特性が良好となる。
Y3の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキレン基又はアリーレン基としては、上記式(a1-0-2)中のY2の2価の連結基のうち、「直鎖状または分岐鎖状の脂肪族炭化水素基」、「環状の脂肪族炭化水素基」、「芳香族炭化水素基」と同様のものが挙げられる。
なかでも、Y3としては、アルキレン基であることが好ましく、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基であることがより好ましく、メチレン基又はエチレン基であることがさらに好ましい。
Rfのフッ素原子を含む炭化水素基は、フッ素化アルキル基であることが好ましく、R1のフッ素化アルキル基と同様のものがより好ましい。
以下に(d1-3)成分のアニオン部の好ましい具体例を示す。
式(d1-3)中、M+は、前記式(d1-1)中のM+と同様である。
(d1-3)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(d1-1)~(d1-3)成分の合計の含有量は、(A)成分100質量部に対して、0.5~10.0質量部であることが好ましく、0.5~8.0質量部であることがより好ましく、1.0~8.0質量部であることがさらに好ましい。上記範囲の下限値以上であると、特に良好なリソグラフィー特性及びレジストパターン形状が得られる。前記範囲の上限値以下であると、感度を良好に維持でき、スループットにも優れる。
本発明における(d1-1)成分、(d1-2)成分の製造方法は特に限定されるものではなく、公知の方法により製造することができる。
また、(d1-3)成分の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、前記式(d1-3)中のR2が、Y3と結合する末端に酸素原子を有する基である場合、下記一般式(i-1)で表される化合物(i-1)と、下記一般式(i-2)で表される化合物(i-2)とを反応させることにより、下記一般式(i-3)で表される化合物(i-3)を得、化合物(i-3)と、所望のカチオンM+を有するZ-M+(i-4)とを反応させることにより、一般式(d1-3)で表される化合物(d1-3)が製造される。
式(i-1)中、R2は前記同様であり、R2aは前記R2から末端の酸素原子を除いた基である。式(i-2)中、Y3、Rfは前記同様である。
化合物(i-1)、化合物(i-2)としては、それぞれ、市販のものを用いてもよく、合成してもよい。
化合物(i-1)と化合物(i-2)とを反応させ、化合物(i-3)を得る方法としては、特に限定されないが、たとえば、適当な酸触媒の存在下で、化合物(i-2)と化合物(i-1)とを有機溶媒中で反応させた後に、反応混合物を洗浄、回収することにより、実施できる。
上記反応における有機溶媒としては、原料である化合物(i-1)及び化合物(i-2)を溶解できるものであればよく、具体的には、トルエン等が挙げられ、その使用量は、化合物(i-1)に対して、0.5~100質量部であることが好ましく、0.5~20質量部であることがより好ましい。溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を併用してもよい。
上記反応における化合物(i-2)の使用量は、通常、化合物(i-1)1モルに対して0.5~5モル程度が好ましく、0.8~4モル程度がより好ましい。
上記反応における反応温度は、20℃~200℃が好ましく、20℃~150℃程度がより好ましい。
式(i-4)中、M+は前記同様であり、Z-は対アニオンである。
化合物(i-3)と化合物(i-4)とを反応させ、化合物(d1-3)を得る方法としては、特に限定されないが、たとえば、適当なアルカリ金属水酸化物の存在下で、化合物(i-3)を適当な有機溶媒及び水に溶解し、化合物(i-4)を添加して攪拌により反応させることにより実施できる。
上記反応における有機溶媒としては、ジクロロメタン、クロロホルム、酢酸エチル等の溶媒が挙げられ、その使用量は、化合物(i-3)に対して、0.5~100質量部であることが好ましく、0.5~20質量部であることがより好ましい。溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を併用してもよい。
上記反応における化合物(i-4)の使用量は、通常、化合物(i-3)1モルに対して0.5~5モル程度が好ましく、0.8~4モル程度がより好ましい。
上記反応における反応温度は、20℃~200℃が好ましく、20℃~150℃程度がより好ましい。
反応終了後、反応液中の化合物(d1-3)を単離、精製してもよい。単離、精製には、従来公知の方法が利用でき、たとえば濃縮、溶媒抽出、蒸留、結晶化、再結晶、クロマトグラフィー等をいずれか単独で、またはこれらの2種以上を組み合わせて用いることができる。
(D2)成分としては、(B)成分に対して相対的に塩基性となる化合物であり、酸拡散制御剤として作用するものであり、且つ(D1)成分に該当しないものであれば特に限定されず、公知のものから任意に用いればよい。なかでも、脂肪族アミン、特に第2級脂肪族アミンや第3級脂肪族アミンが好ましい。
脂肪族アミンとは、1つ以上の脂肪族基を有するアミンであり、該脂肪族基は炭素数が1~12であることが好ましい。
脂肪族アミンとしては、アンモニアNH3の水素原子の少なくとも1つを、炭素数12以下のアルキル基またはヒドロキシアルキル基で置換したアミン(アルキルアミンまたはアルキルアルコールアミン)又は環式アミンが挙げられる。
アルキルアミンおよびアルキルアルコールアミンの具体例としては、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミン、n-ノニルアミン、n-デシルアミン等のモノアルキルアミン;ジエチルアミン、ジ-n-プロピルアミン、ジ-n-ヘプチルアミン、ジ-n-オクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等のジアルキルアミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ-n-プロピルアミン、トリ-n-ブチルアミン、トリ-n-ペンチルアミン、トリ-n-ヘキシルアミン、トリ-n-ヘプチルアミン、トリ-n-オクチルアミン、トリ-n-ノニルアミン、トリ-n-デシルアミン、トリ-n-ドデシルアミン等のトリアルキルアミン;ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジ-n-オクタノールアミン、トリ-n-オクタノールアミン等のアルキルアルコールアミンが挙げられる。これらの中でも、炭素数5~10のトリアルキルアミンがさらに好ましく、トリ-n-ペンチルアミン又はトリ-n-オクチルアミンが特に好ましい。
脂肪族単環式アミンとして、具体的には、ピペリジン、ピペラジン等が挙げられる。
脂肪族多環式アミンとしては、炭素数が6~10のものが好ましく、具体的には、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン、ヘキサメチレンテトラミン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。
芳香族アミンとしては、アニリン、ピリジン、4-ジメチルアミノピリジン、ピロール、インドール、ピラゾール、イミダゾールまたはこれらの誘導体、ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、トリベンジルアミン、2,6-ジイソプロピルアニリン、N-tert-ブトキシカルボニルピロリジン等が挙げられる。
(D2)成分は、(A)成分100質量部に対して、通常0.01~5.0質量部の範囲で用いられる。上記範囲とすることにより、レジストパターン形状、引き置き経時安定性等が向上する。
本発明のレジスト組成物が(D)成分を含有する場合、(D)成分は、(A)成分100質量部に対して、0.1~15質量部であることが好ましく、0.3~12質量部であることがより好ましく、0.5~12質量部であることがさらに好ましい。上記範囲の下限値以上であると、レジスト組成物とした際、ラフネス等のリソグラフィー特性がより向上する。また、より良好なレジストパターン形状が得られる。前記範囲の上限値以下であると、感度を良好に維持でき、スループットにも優れる。
有機カルボン酸としては、例えば、酢酸、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸としては、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸等が挙げられ、これらの中でも特にホスホン酸が好ましい。
リンのオキソ酸の誘導体としては、たとえば、上記オキソ酸の水素原子を炭化水素基で置換したエステル等が挙げられ、前記炭化水素基としては、炭素数1~5のアルキル基、炭素数6~15のアリール基等が挙げられる。
リン酸の誘導体としては、リン酸ジ-n-ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステル等のリン酸エステルなどが挙げられる。
ホスホン酸の誘導体としては、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸-ジ-n-ブチルエステル、ホスホン酸フェニルエステル、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステル等のホスホン酸エステルなどが挙げられる。
ホスフィン酸の誘導体としては、ホスフィン酸エステルやフェニルホスフィン酸などが挙げられる。
(E)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(E)成分は、(A)成分100質量部に対して、通常、0.01~5.0質量部の範囲で用いられる。
(F)成分としては、例えば、特開2010-002870号公報に記載の含フッ素高分子化合物を用いることができる。
(F)成分としてより具体的には、下記式(f1-1)で表される構成単位(f1)を有する重合体が挙げられる。かかる重合体としては、構成単位(f1)のみからなる重合体(ホモポリマー);下記式(f1-1)で表される構成単位と、前記構成単位(a1)との共重合体;下記式(f1-1)で表される構成単位と、アクリル酸又はメタクリル酸から誘導される構成単位と、前記構成単位(a1)との共重合体、であることが好ましい。ここで、下記式(f1-1)で表される構成単位と共重合される前記構成単位(a1)としては、前記式(a1-0-1)で表される構成単位が好ましく、前記式(a1-1-32)で表される構成単位が特に好ましい。
式(f1-1)中、R45、R46のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。R45、R46の炭素数1~5のアルキル基としては、上記Rの炭素数1~5のアルキル基と同様のものが挙げられ、メチル基またはエチル基が好ましい。R45、R46の炭素数1~5のハロゲン化アルキル基として、具体的には、上記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部または全部が、ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。なかでもR45、R46としては、水素原子、フッ素原子、又は炭素数1~5のアルキル基が好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、またはエチル基が好ましい。
式(f1-1)中、a1は1~5の整数であって、1~3の整数が好ましく、1又は2であることがより好ましい。
フッ素原子を含む炭化水素基としては、直鎖状、分岐鎖状または環状のいずれであってもよく、炭素数は1~20であることが好ましく、炭素数1~15であることがより好ましく、炭素数1~10が特に好ましい。
また、フッ素原子を含む炭化水素基は、当該炭化水素基における水素原子の25%以上がフッ素化されていることが好ましく、50%以上がフッ素化されていることがより好ましく、60%以上がフッ素化されていることが、浸漬露光時のレジスト膜の疎水性が高まることから、特に好ましい。
なかでも、R7”としては、炭素数1~5のフッ素化炭化水素基が特に好ましく、メチル基、-CH2-CF3、-CH2-CF2-CF3、-CH(CF3)2、-CH2-CH2-CF3、-CH2-CH2-CF2-CF2-CF2-CF3が最も好ましい。
(F)成分の分散度(Mw/Mn)は、1.0~5.0が好ましく、1.0~3.0がより好ましく、1.2~2.5が最も好ましい。
(F)成分は、(A)成分100質量部に対して、0.5~10質量部の割合で用いられる。
(G)成分としては、特に限定されず、従来公知のもの、たとえばこれまでに知られている化学増幅型のネガ型レジスト組成物に用いられている架橋剤の中から任意に選択して用いることができる。
これらのうち、メラミンを用いたものをメラミン系架橋剤、尿素を用いたものを尿素系架橋剤、エチレン尿素、プロピレン尿素等のアルキレン尿素を用いたものをアルキレン尿素系架橋剤、グリコールウリルを用いたものをグリコールウリル系架橋剤、エポキシ基を有する化合物を用いたものをエポキシ系架橋剤という。
架橋剤としては、メラミン系架橋剤、尿素系架橋剤、アルキレン尿素系架橋剤、グリコールウリル系架橋剤、およびエポキシ系架橋剤やオキセタン系架橋剤等、開環重合型架橋剤からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、特にエポキシ系架橋剤が好ましい。
尿素系架橋剤としては、下記一般式(G-1)~(G-3)で表される化合物が挙げられる。
R3’とR4’が炭素数1~5のアルコキシ基であるとき、好ましくは炭素数1~4のアルコキシ基であり、直鎖状でもよく分岐状でもよい。R3’とR4’は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。同じであることがより好ましい。
vは、0又は1~2の整数であり、好ましくは0又は1である。
上記一般式(G-1)で表されるアルキレン尿素系架橋剤は、アルキレン尿素とホルマリンを縮合反応させることにより、また、この生成物を低級アルコールと反応させることにより得ることができる。
アルキレン尿素系架橋剤の具体例としては、例えば、モノ及び/又はジヒドロキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジメトキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジエトキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジプロポキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/又はジブトキシメチル化エチレン尿素等のエチレン尿素系架橋剤;モノ及び/又はジヒドロキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジメトキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジエトキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジプロポキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/又はジブトキシメチル化プロピレン尿素等のプロピレン尿素系架橋剤;1,3-ジ(メトキシメチル)4,5-ジヒドロキシ-2-イミダゾリジノン、1,3-ジ(メトキシメチル)-4,5-ジメトキシ-2-イミダゾリジノンなどを挙げられる。
グリコールウリル系架橋剤の具体例としては、例えばモノ,ジ,トリ及び/又はテトラヒドロキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラメトキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラエトキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラプロポキシメチル化グリコールウリル;モノ,ジ,トリ及び/又はテトラブトキシメチル化グリコールウリルなどが挙げられる。
エポキシ基の数は、2つ以上であることが好ましく、より好ましくは2~6つであり、最も好ましくは4つである。
エポキシ系架橋剤として好適なものを以下に示す。
下記式中、n79は0又は1であり、n80は3又は4であり、R85、R86はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、複数のR85、R86はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、n81はそれぞれ独立に0又は1であり、n82、n83は0又は1である。
オキセタン系架橋剤として好適なものを以下に示す。
上記式中、R88は2価の連結基であって、上記式(a1-0-2)中の2価の連結基と同様のものが挙げられる。
なかでも、オキセタン系架橋剤としては、下記式で表される化合物が特に好ましい。下記式中、n10は1~3の整数である。
レジスト被覆膜形成用材料に架橋剤を配合する場合、該架橋剤の配合量は、(A)成分100質量部に対し、0.5~30質量部であることが好ましく、1~25質量部がより好ましく5~20質量部がさらに好ましい。架橋剤の含有量が上記範囲の下限値以上であると、架橋剤を配合することによる効果が充分に得られ、上限値以下であると、レジスト組成物の保存安定性等が良好となる。
(H)成分として具体的には、ベンゾフェノン、p,p’-テトラメチルジアミノベンゾフェノン等のベンゾベンゾフェノン系光増感剤、カルバゾール系光増感剤、アセトフェン系光増感剤、1,5-ジヒドロキシナフタレン等のナフタレン系光増感剤、フェノール系光増感剤、9-エトキシアントラセン等のアントラセン系光増感剤、ビアセチル、エオシン、ローズベンガル、ピレン、フェノチアジン、アントロン等の公知の光増感剤を用いることができる。
なかでも本発明における(H)成分としては、極性基を有する光増感剤又は炭素数6~18の光増感剤であることが好ましく、ベンゾフェノン、ピレン、又は1,5-ジヒドロキシナフタレンであることが特に好ましい。
(H)成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(H)成分の含有量は、(A)成分100質量部に対して、0.5~20質量部であることが好ましく、2~12質量部であることがより好ましく、4~8質量部であることがさらに好ましい。上記範囲とすることにより、感度、ELマージン、MEFのバランスをとることができる。
)を用いることができる。(J)成分としては特に限定されるものではなく、通常レジスト組成物に用いられるものを使用することができるが、なかでも、フッ素系界面活性剤(J1)(以下、「(J1)成分」という。)又はシリコン(シロキサン)系界面活性剤(J2)(以下、「(J2)成分」という。)が好ましい。
(J1)成分としては、例えば、下記一般式(j1-0)で表される基を含むアルキレンオキサイド鎖を有するフッ素系界面活性剤が挙げられる。
該フッ素化アルキル基としては、炭素数1~3であることが好ましく、炭素数1または2であることが特に好ましい。
また、該フッ素化アルキル基のフッ素化率(アルキル基中のフッ素原子の割合)は、好ましくは10~100%、さらに好ましくは50~100%であり、水素原子をすべてフッ素原子で置換したフッ素化アルキル基(パーフルオロアルキル基)が最も好ましい。
R4は、炭素原子数1~5のアルキレン基または単結合であり、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が好ましく、メチレン基が最も好ましい。
このような(J1)成分としては、下記一般式(j1-1)で表される化合物が挙げられる。
R5は、炭素原子数1~5のアルキレン基または単結合であり、メチレン基、エチレン基が好ましく、メチレン基が最も好ましい。
R7は、水素原子または炭素原子数1~5のアルキル基であり、水素原子、メチル基、エチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
n1は、1~50であり、本発明の効果がより向上することから、1~40が好ましく、3~35がより好ましい。
n2は、0または1であり、1が好ましい。
(J2)成分としては、例えば、下記一般式(j2-0)で表される繰り返し単位と、下記一般式(j2-1)で表される繰返し単位とを含有するポリエステル変性ポリジアルキルシロキサン系界面活性剤(J2-1)(以下、「(J2-1)成分」という。)が挙げられる。当該(J2-1)成分をレジスト組成物に含有させると、塗布時におけるスジ状痕の発生を有効に防止することができる。また膜厚均一性が向上する。
また(J2-1)成分を含有させると、透明ガラス基板上にゲート電極になる金属膜が形成されている場合など、高反射性の金属膜上に当該レジスト組成物を塗布したときに、塗布後、基板上に形成されたレジスト被膜を上方から観察すると、モヤモヤとした模様(モヤムラ)が生じる不都合を効果的に抑制することもできる。
(J2-1)成分の好適な具体例としては、商品名BYK-310、BYK-315(いずれもビックケミー社製)などが挙げられる。これらの中でも、特にBYK-310は、モヤムラ、及びスジムラ(スジ状痕)の発生を効果的に抑制できるのでより好ましい。
本発明の溶剤現像ネガ型レジスト組成物における(J)成分の含有割合は、全固形分に対して、0.001~7質量部であることが好ましく、0.001~3質量部であることがより好ましく、0.01~1質量部であることがさらに好ましい。
(J)成分の含有割合が下限値以上であると、支持体上にレジスト組成物を塗布した際の塗布性が向上する。また、(J)成分の含有割合が上限値以下であると、他の成分との相溶性が向上する。
(S)成分としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
たとえば、γ-ブチロラクトン等のラクトン類;アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン、メチル-n-ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2-ヘプタノンなどのケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、またはジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類または前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテルまたはモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、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メチルエーテル(PGME)が好ましい];ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤、ジメチルスルホキシド(DMSO)などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
なかでも、PGMEA、PGME、γ-ブチロラクトン、ELが好ましい。
また、PGMEAと極性溶剤とを混合した混合溶媒も好ましい。その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9~9:1、より好ましくは2:8~8:2の範囲内とすることが好ましい。
より具体的には、極性溶剤としてELを配合する場合は、PGMEA:ELの質量比は、好ましくは1:9~9:1、より好ましくは2:8~8:2である。また、極性溶剤としてPGMEを配合する場合は、PGMEA:PGMEの質量比は、好ましくは1:9~9:1、より好ましくは2:8~8:2、さらに好ましくは3:7~7:3である。
また、(S)成分として、その他には、PGMEA及びELの中から選ばれる少なくとも1種とγ-ブチロラクトンとの混合溶剤も好ましい。この場合、混合割合としては、前者と後者の質量比が好ましくは70:30~95:5とされる。
(S)成分の使用量は特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。一般的にはレジスト組成物の固形分濃度が1~20質量%、好ましくは2~15質量%の範囲内となるように用いられる。
上記効果が得られる理由は明らかではないが、本発明のレジスト組成物は、構成単位(a2)を含有し、該構成単位(a2)がレジスト組成物中で開環重合する架橋剤として機能することで現像液によるパターン部の膜減りが低減されると考えられる。
また、本発明では、架橋能を有する基が構成単位(a2)として基材成分中に含有されることで、基材成分とは別途に低分子化合物の架橋剤成分を添加した場合と比べて、架橋能を有する基のレジスト膜中の拡散を適度に制御することができ、LWR等のリソグラフィー特性やパターン形状が良好となると推察される。
本発明の第二の態様のレジストパターン形成方法は、より具体的には、たとえば以下の様にして行うことができる。
まず支持体上に、前記溶剤現像ネガ型レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、ベーク(ポストアプライベーク(PAB))処理を、たとえば80~150℃の温度条件にて40~120秒間、好ましくは60~90秒間施してレジスト膜を形成する。次に、該レジスト膜に対し、例えばArF露光装置、電子線描画装置、EUV露光装置等の露光装置を用いて、所定のパターンが形成されたマスク(マスクパターン)を介した露光、またはマスクパターンを介さない電子線の直接照射による描画等による選択的露光を行った後、ベーク(ポストエクスポージャーベーク(PEB))処理を、たとえば80~150℃の温度条件にて40~120秒間、好ましくは60~90秒間施す。該レジスト膜を、有機系現像液を用いて現像処理した後、好ましくは有機溶剤を含有するリンス液を用いてリンス処理し、乾燥を行う。
前記現像処理またはリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を超臨界流体により除去する処理を行ってもよい。
また、場合によっては、現像処理、リンス処理または超臨界流体による処理の後、残存する有機溶剤を除去するために、ベーク(ポストベーク)処理を行ってもよい。
また、支持体としては、上述のような基板上に、無機系および/または有機系の膜が設けられたものであってもよい。無機系の膜としては、無機反射防止膜(無機BARC)が挙げられる。有機系の膜としては、有機反射防止膜(有機BARC)や多層レジスト法における下層有機膜等の有機膜が挙げられる。
ここで、多層レジスト法とは、基板上に、少なくとも一層の有機膜(下層有機膜)と、少なくとも一層のレジスト膜(上層レジスト膜)とを設け、上層レジスト膜に形成したレジストパターンをマスクとして下層有機膜のパターニングを行う方法であり、高アスペクト比のパターンを形成できるとされている。すなわち、多層レジスト法によれば、下層有機膜により所要の厚みを確保できるため、レジスト膜を薄膜化でき、高アスペクト比の微細パターン形成が可能となる。
多層レジスト法には、基本的に、上層レジスト膜と、下層有機膜との二層構造とする方法(2層レジスト法)と、上層レジスト膜と下層有機膜との間に一層以上の中間層(金属薄膜等)を設けた三層以上の多層構造とする方法(3層レジスト法)とに分けられる。
液浸露光は、予めレジスト膜と露光装置の最下位置のレンズ間を、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する溶媒(液浸媒体)で満たし、その状態で露光(浸漬露光)を行う露光方法である。
液浸媒体としては、空気の屈折率よりも大きく、かつ露光されるレジスト膜の有する屈折率よりも小さい屈折率を有する溶媒が好ましい。かかる溶媒の屈折率としては、前記範囲内であれば特に制限されない。
空気の屈折率よりも大きく、かつ前記レジスト膜の屈折率よりも小さい屈折率を有する溶媒としては、例えば、水、フッ素系不活性液体、シリコン系溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
フッ素系不活性液体の具体例としては、C3HCl2F5、C4F9OCH3、C4F9OC2H5、C5H3F7等のフッ素系化合物を主成分とする液体等が挙げられ、沸点が70~180℃のものが好ましく、80~160℃のものがより好ましい。フッ素系不活性液体が上記範囲の沸点を有するものであると、露光終了後に、液浸に用いた媒体の除去を、簡便な方法で行えることから好ましい。
フッ素系不活性液体としては、特に、アルキル基の水素原子が全てフッ素原子で置換されたパーフロオロアルキル化合物が好ましい。パーフロオロアルキル化合物としては、具体的には、パーフルオロアルキルエーテル化合物やパーフルオロアルキルアミン化合物を挙げることができる。
さらに、具体的には、前記パーフルオロアルキルエーテル化合物としては、パーフルオロ(2-ブチル-テトラヒドロフラン)(沸点102℃)を挙げることができ、前記パーフルオロアルキルアミン化合物としては、パーフルオロトリブチルアミン(沸点174℃)を挙げることができる。
液浸媒体としては、コスト、安全性、環境問題、汎用性等の観点から、水が好ましく用いられる。
エステル系溶剤としては、後述する一般式(1)で表される溶剤、又は後述する一般式(2)で表される溶剤を用いることが好ましく、一般式(1)で表される溶剤を用いることがより好ましく、酢酸アルキルを用いることがさらにより好ましく、酢酸ブチルを用いることが最も好ましい。
これらの有機溶剤は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、上記以外の有機溶剤や水と混合して用いてもよい。
R00-C(=O)-O-R01 …(1)
R02-C(=O)-O-R03-O-R04 …(2)[式(1)中、R00およびR01はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシ基、水酸基、シアノ基またはハロゲン原子であり、R00およびR01は互いに結合して環を形成してもよい。式(2)中、R02及びR04はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、カルボキシ基、水酸基、シアノ基またはハロゲン原子であり、R02およびR04は互いに結合して環を形成してもよく、R03は、アルキレン基である。]
アルコキシ基、アルコキシカルボニル基におけるアルキル基として前記アルキル基と同様のものが挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
R00およびR01は、それぞれ、水素原子またはアルキル基が好ましい。
式(1)で表される溶剤の具体例としては、たとえば酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル等を挙げることができる。
式(1)で表される溶剤としては、上記の中でも、R00およびR01が無置換のアルキル基であるものが好ましく、酢酸アルキルがより好ましく、酢酸ブチルが特に好ましい。
R03におけるアルキレン基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよく、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、その炭素数は1~5が好ましい。該アルキレン基は置換基を有していてもよい。置換基としてはたとえば水酸基、カルボキシ基、シアノ基等が挙げられる。また、該アルキレン基の炭素数が2以上である場合、該アルキレン基の炭素原子間に酸素原子(-O-)が介在してもよい。
式(2)で表される溶剤の具体例としては、たとえばエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジ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アセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、メチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-エトキシプロピオネート、プロピル-3-メトキシプロピオネート、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、2-メトキシブチルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、4-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-エチル-3-メトキシブチルアセテート、2-エトキシブチルアセテート、4-エトキシブチルアセテート、4-プロポキシブチルアセテート、2-メトキシペンチルアセテート、3-メトキシペンチルアセテート、4-メトキシペンチルアセテート、2-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、4-メチル-4-メトキシペンチルアセテート等が挙げられる。
該他の溶剤としては、使用する式(1)または(2)で表される溶剤に分離することなく混合できるものであれば特に限定されず、たとえば上述したエステル系溶剤、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なかから適宜選択できる。
有機系現像液に用いる有機溶剤としては、現像に用いる溶剤のコスト削減の観点から、ハロゲン原子を含まない有機溶剤を用いることが好ましい。有機系現像液の総重量に占めるハロゲン原子を含まない有機溶剤の含有量は、60質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましく、100質量%であってもよい。
有機系現像液に用いる有機溶剤の沸点は、50℃以上250℃未満が望ましい。
有機系現像液に用いる有機溶剤の発火点は、200℃以上が望ましい。
使用できる市販の界面活性剤として、例えばエフトップEF301、EF303、(新秋田化成(株)製)、フロラードFC430、431(住友スリーエム(株)製)、メガファックF171、F173、F176、F189、R08(DIC(株)製)、サーフロンS-382、SC101、102、103、104、105、106(旭硝子(株)製)、トロイゾルS-366(トロイケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤を挙げることができる。また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。
界面活性剤を配合する場合、その配合量は、有機系現像液の全量に対して、通常0.001~5質量%であり、0.005~2質量%が好ましく、0.01~0.5質量%がより好ましい。
リンス液に用いる有機溶剤としては、たとえば前記有機系現像液に用いる有機溶剤として挙げた有機溶剤のうち、レジストパターンを溶解しにくいものを適宜選択して使用できる。通常、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、アミド系溶剤およびエーテル系溶剤から選択される少なくとも1種類の溶剤を使用する。これらのなかでも、炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤及びアミド系溶剤から選択される少なくとも1種類が好ましく、アルコール系溶剤およびエステル系溶剤から選択される少なくとも1種類がより好ましく、アルコール系溶剤が特に好ましい。
リンス液に用いるアルコール系溶剤は、炭素数6~8の1価アルコールが好ましく、該1価アルコールは直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。具体的には、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、2-ヘキサノール、2-ヘプタノール、2-オクタノール、3-ヘキサノール、3-ヘプタノール、3-オクタノール、4-オクタノール、ベンジルアルコール等が挙げられる。これらのなかでも、1-ヘキサノール、2-ヘプタノール、2-ヘキサノールが好ましく、1-ヘキサノールまたは2-ヘキサノールがより好ましい。
これらの有機溶剤は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、上記以外の有機溶剤や水と混合して用いてもよい。ただし現像特性を考慮すると、リンス液中の水の配合量は、リンス液の全量に対し、30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下さらに好ましく、3質量%以下が特に好ましい。
有機系現像液には、必要に応じて公知の添加剤を配合できる。該添加剤としてはたとえば界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、前記と同様のものが挙げられ、非イオン性の界面活性剤が好ましく、フッ素系界面活性剤又はシリコン系界面活性剤がより好ましい。
界面活性剤を配合する場合、その配合量は、リンス液の全量に対して、通常0.001~5質量%であり、0.005~2質量%が好ましく、0.01~0.5質量%がより好ましい。
リンス液を用いたリンス処理(洗浄処理)は、公知のリンス方法におり実施でき、該方法としてはたとえば一定速度で回転している支持体上にリンス液を塗出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液中に支持体を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、支持体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。
本発明の第三の態様のブロックコポリマーを含む層のパターン形成方法について、図1を用いて説明する。
図1に示されるように、本発明のブロックコポリマーを含む層のパターン形成方法は、基板11上に下地剤を塗布し、該下地剤からなる層12を形成する工程、前記溶剤現像ネガ型レジスト組成物を用いて、前記下地剤からなる層12表面にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、前記レジスト膜を前記有機溶剤を含有する現像液を用いて現像してレジストパターン14を形成する工程、複数種類のポリマーが結合したブロックコポリマーを含む層13を前記レジストパターンが形成された前記下地剤からなる層12表面に形成した後、前記ブロックコポリマーを含む層13を相分離する工程、前記ブロックコポリマーを含む層13のうち、前記ブロックコポリマーを構成する複数種類のポリマーのうちの少なくとも一種類のポリマーからなる相13aを選択的に除去する工程、を含むことを特徴とする。
以下、各工程とそこで用いられる材料について、より詳細に説明する。
ブロックコポリマーは、複数種類のポリマーが結合した高分子である。ブロックコポリマーを構成するポリマーの種類は、2種類であってもよく、3種類以上であってもよい。
本発明においては、ブロックコポリマーを構成する複数種類のポリマーは、相分離が起こる組み合わせであれば特に限定されるものではないが、互いに非相溶であるポリマー同士の組み合わせであることが好ましい。また、ブロックコポリマーを構成する複数種類のポリマー中の少なくとも1種類のポリマーからなる相が、他の種類のポリマーからなる相よりも、容易に選択的に除去可能な組み合わせであることが好ましい。
アルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、イソプロピレンオキシド、ブチレンオキシド等が挙げられる。
またブロックコポリマーの分散度(Mw/Mn)は1.0~3.0が好ましく、1.0~1.5がより好ましく、1.0~1.2がさらに好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
本発明において用いられる基板11としては、下地剤およびブロックコポリマーを塗布する際に溶解あるいは混和するものでなければ特に限定されず、例えば、シリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板、ガラス基板などの金属酸化物からなる基板、ポリマーフィルム(ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリイミド、ベンゾシクロブテン等)等が挙げられる。また、基板11の大きさや形状は、特に限定されるものではなく、平板状であること以外は、適宜選択することができる。
洗浄処理としては、従来公知の方法を利用でき、例えば酸素プラズマ処理、オゾン酸化処理、酸アルカリ処理、化学修飾処理等が挙げられる。例えば、基板11を硫酸/過酸化水素水溶液等の酸溶液に浸漬させた後、水洗し、乾燥させることにより、行うことができる。
その他、中性化膜は非重合性膜であってもよい。例えば、フェネチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン等のシロキサン系有機単分子膜も、中性化膜として好適に用いることができる。
これらの下地剤からなる中性化膜は、常法により形成することができる。
例えば、PS-PMMAブロックコポリマーを用いる場合には、下地剤として、PSとPMMAの両方を構成単位として含む樹脂組成物や、芳香環等のPSと親和性が高い部位と、極性の高い官能基等のPMMAと親和性の高い部位との両方を含む化合物又は組成物を用いることが好ましい。
PSとPMMAの両方を構成単位として含む樹脂組成物としては、例えば、PSとPMMAのランダムコポリマー、PSとPMMAの交互ポリマー(各モノマーが交互に共重合しているもの)等が挙げられる。
その他、PSと親和性が高い部位とPMMAと親和性の高い部位の両方を含む化合物としては、フェネチルトリクロロシラン等のアリール基と極性の高い官能基との両方を含む化合物等が挙げられる。
本発明においては、図1に示されるように、基板11上に下地剤を塗布し、該下地剤からなる層12を形成する工程(中性化処理)を行った後に、下地剤からなる層12(中性化膜)の表面にレジストパターン14を形成する。これにより、ブロックコポリマーを含む層13を形成後、レジストパターン14の形状・表面特性に応じた相分離構造の配列構造制御が可能となる。このようなレジストパターン14は、ガイドパターンとして機能する。
更に、本発明のブロックコポリマーを含む層のパターン形成方法に用いる前記第一の態様のレジスト組成物は、溶剤現像ネガ型レジスト組成物であるため、パターン部14が該レジストパターン形成時の露光部となる。そして、該パターン部14は、後述するようにレジストパターン14形成時に露光されることにより極性基を生じている。該極性基が、ブロックコポリマーを構成するPMMA(13a)と親和性を備えることにより、基板11の表面に対して垂直方向に配向されたラメラ構造からなる相分離構造を形成しやすくする。
上記レジストパターン14の形成は、上述した第二の態様のレジストパターン形成方法と同様である。
まず、基板表面にブロックコポリマーを含む層13を形成する。具体的には、適用な有機溶剤に溶解させたブロックコポリマーを、スピンナー等を用いて下地剤からなる層12が形成された基板11表面に塗布する。
ブロックコポリマーを溶解させる有機溶剤としては、用いるブロックコポリマーを溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、ブロックコポリマーを構成する各ポリマーのいずれとも相溶性の高いものを用いることができる。有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチル-n-ペンチルケトン、メチルイソペンチルケトン、2-ヘプタノンなどのケトン類;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの多価アルコール類;
エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、又はジプロピレングリコールモノアセテート等のエステル結合を有する化合物、前記多価アルコール類又は前記エステル結合を有する化合物のモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル等のモノアルキルエーテル又はモノフェニルエーテル等のエーテル結合を有する化合物等の多価アルコール類の誘導体[これらの中では、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メチルエーテル(PGME)が好ましい];
ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル(EL)、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;
アニソール、エチルベンジルエーテル、クレジルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、トルエン、キシレン、シメン、メシチレン等の芳香族系有機溶剤などを挙げることができる。
例えば、ブロックコポリマーとしてPS-PMMAブロックコポリマーを用いる場合には、トルエン等の芳香族系有機溶剤に溶解させることが好ましい。
本発明においてブロックコポリマーを含む層13の厚さは、相分離が起こるために十分な厚みであればよく、該厚さの下限値としては、特に限定されないが、ナノ構造体の強度、ナノ構造体が形成された基板の均一性等を考慮すると、3nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがさらに好ましい。
次いで、相分離構造を形成させた後の基板上のブロックコポリマーを含む層13のうち、露出しているPBポリマーからなる相(図1の13a)を選択的に除去する。これにより、PAポリマーからなる相(図1の13b)のみが、基板の露出面に残る。これにより、PBポリマーからなる相のうち、基板表面からブロックコポリマーを含む層の表面まで連続して形成されていた相が除去され、基板表面が露出する。
本発明の第三の態様のブロックコポリマーを含む層のパターン形成方法においては、ガイドパターンを形成する溶剤現像ネガ型レジスト組成物が、構成単位(a2)を含有する。そして、構成単位(a2)は開環重合する環式基を有するため、得られるガイドパターンの耐溶剤性及び耐熱性が向上する。このようなガイドパターンを用いることで、該ガイドパターン上にブロックコポリマーを含む層を形成する際の、該ブロックコポリマーを溶解した有機溶剤によるガイドパターンの溶解や、ブロックコポリマーを相分離させるための高温のアニール処理時における、ガイドパターンの熱フローを抑制することができ、上記効果が得られると推察される。
高分子化合物1~66は、各高分子化合物を構成する構成単位を誘導する下記モノマー(1)~(30)を表1~6に示すモル比で用い、常法により合成した。得られた高分子化合物の分子量(Mw(k))及び分子量分散量(Mw/Mn)を表1~6に併記する。
表7~8に示す各成分を混合して溶解し、溶剤現像ネガ型レジスト組成物を調製した。
(A)-1~(A)-22:上記高分子化合物1~22。
(B)-1:下記化合物(B)-1。
(B)-2:下記化合物(B)-2。
(B)-3:下記化合物(B)-3。
(B)-4:下記化合物(B)-4。
(B)-5:下記化合物(B)-5。
(B)-6:4-(2-クロロ-4-ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4-フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート。
(B)-7:トリフェニルスルホニウム トリス[(トリフルオロメチル)スルフォニル]メタン。
(D)-1:トリ-n-ペンチルアミン。
(E)-1:サリチル酸。
(S)-1:PGMEA/PGME=6/4(質量比)の混合溶剤。
8インチのシリコンウェーハ上に、有機系反射防止膜組成物「ARC29A」(商品名、ブリュワーサイエンス社製)を、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成して乾燥させることにより、膜厚82nmの有機系反射防止膜を形成した。次に、当該有機反射防止膜上に、下地剤として、PGMEAを用いて0.5~1.0質量%の濃度に調整した樹脂組成物(スチレン/メタクリル酸3,4-エポキシシクロヘキシルメタン/メタクリル酸プロピルトリメトキシシラン=35/60/5からなる分子量4万の共重合体)を、スピンナーを用いて塗布し、250℃、10分間焼成して乾燥させることにより、膜厚20nmの下地剤からなる層を基板上に形成した。
そして、該下地剤からなる層上に、各例のレジスト組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で85℃、60秒間の条件でプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚100nmのレジスト膜を形成した。
次に、ArF液浸露光装置NSR-S302(ニコン社製;NA(開口数)=0.60、2/3輪帯照明)により、ArFエキシマレーザーを、マスクパターンを介して選択的に照射した。そして、125℃、60秒間のPEB処理を行い、さらに23℃にて酢酸ブチルで16秒間パドル現像処理を行い、振り切り乾燥を行った。
続いて、ホットプレート上で200℃、5分間のポストベークを行った。
その結果、実施例1~19、比較例1~2、及び比較例5~6では、前記レジスト膜に、ライン幅200nm、ピッチ400nmの1:1ラインアンドスペース(LS)パターンが形成された。200nmの1:1LSパターンが解像した例について、以下の評価を行った。評価を行っていない項目は表7~8中に「-」と記載する。
上記ライン幅200nmの1:1LSパターンに対して、PGMEA溶液を用いて60秒間パドル処理をし、パターンの溶解が認められないものをA、パターンの溶解が認められるものをBとして、溶剤耐性の評価を行った。結果を表7~8に併記する。
上記ライン幅200nmの1:1LSパターンが形成される最適露光量EoPにおける限界解像度(nm)を、走査型電子顕微鏡S-9220(日立製作所社製)を用いて求めた。その結果を「限界解像力(nm)」として表7~8に併記する。
上記ライン幅200nmの1:1LSパターンを200℃のホットプレート上に5分間静置し、パターンのフローが認められないものをA、パターンのフローが認められるものをBとして、耐熱性の評価を行った。結果を表7~8に併記する。
上記ライン幅200nmの1:1LSパターンが形成された基板上に、PS-PMMAブロックコポリマー1(Polymer Source社製;PSの分子量:18000、PMMAの分子量:18000、分散度(Poly dispersity index:PDI):1.07)の1.9質量%PGMEA溶液を、スピンナー(回転数:1000rpm、60秒間)を用いて塗布し、ホットプレート上で110℃、60秒間焼成して乾燥させることにより、ブロックコポリマーを含む層を形成した。
次いで、前記ブロックコポリマーを含む層が形成された基板を、窒素気流下、240℃で1時間加熱し、相分離構造を形成させた。
その後、TCA-3822(商品名、東京応化工業社製)を用いて、該基板に対して酸素プラズマ処理(200sccm、40Pa、200W、30秒間)を施し、PMMAからなる相を選択的に除去した。
得られた基板の表面を、走査型電子顕微鏡SU8000(日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて観察し、垂直ラメラが観察されたものをA、垂直ラメラが観察されなかったものをBとして、垂直ラメラ形成能の評価を行った。結果を表7~8に併記する。
表9~10に示す各成分を混合して溶解し、溶剤現像ネガ型レジスト組成物を調製した。
(A)-23~(A)-47:上記高分子化合物23~47。
(D)-2:下記化合物(D)-2。
(D)-3:下記化合物(D)-3。
(D)-4:下記化合物(D)-4。
(G)-1:下記化合物(G)-1。
(G)-2:下記化合物(G)-2(式中、n10=1~3)。
(G)-3:下記化合物(G)-3。
(I)-1:酢酸ブチル
(I)-2:PGMEA
(I)-3:PGME
(I)-4:乳酸エチル
(I)-5:2-ヘプタノン
(I)-6:シクロヘキサノン
(I)-7:メチルイソブチルケトン
(II)-8:イソプロピルアルコール
(II)-9:1-ヘキサノール
(II)-10:デカン
(II)-11:ドデカン
8インチのシリコンウェーハ上に、有機系反射防止膜組成物「ARC29A」(商品名、ブリュワーサイエンス社製)を、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成して乾燥させることにより、膜厚82nmの有機系反射防止膜を形成した。
そして、該有機系反射防止膜上に、各例のレジスト組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で85℃、60秒間の条件でプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚100nmのレジスト膜を形成した。
次に、ArF液浸露光装置NSR-S308F(ニコン社製;NA(開口数)=0.92,Cross pole(in/out=0.76/0.95)with Polano)により、ArFエキシマレーザーを、マスクパターンを介して選択的に照射した。そして、125℃、60秒間のPEB処理を行い、さらに23℃にて表9~10に示す現像液で13秒間パドル現像処理を行い、実施例21、23、28、36、40、42及び43では表9~10に示すリンス液で20秒間リンス処理を行った後、振り切り乾燥を行った。
続いて、ホットプレート上で100℃、40秒間のポストベークを行った。
その結果、全ての例のにおいて前記レジスト膜に、スペース幅65nm、ピッチ130nmの1:1スペースアンドライン(SL)パターンが形成された。
上記のようにして形成されたスペース幅65nm、ピッチ130nmの1:1SLパターンのパターン部において、現像後の残膜率残膜率(単位:%、現像後のレジスト膜厚/成膜時(露光前)のレジスト膜厚×100)を求めた。結果を表11に示す。
上記スペース幅65nmの1:1SLパターンが形成される最適露光量Eopで形成されたスペース幅65nm、ピッチ130nmのSLパターンにおいて、各パターンのEopよりも高露光量側へ露光量を変動させていった際のLSパターンの倒れの耐性を走査型電子顕微鏡(商品名:SU-8000、日立ハイテクノロジー社製)を用いて観測し、以下の基準で評価した。結果を表11に示す。
A:パターン倒れがある。
B:ややパターン倒れがある。
C:パターン倒れがある。
上記スペース幅65nmの1:1SLパターンが形成される最適露光量Eopで形成されたスペース幅65nm、ピッチ130nmのSLパターンにおいて、測長SEM(走査型電子顕微鏡、加速電圧300V、商品名:S-9380、日立ハイテクノロジーズ社製)により、スペース幅を、スペースの長手方向に400箇所測定し、その結果から標準偏差(s)の3倍値(3s)を求め、400箇所の3sについて平均化した値を、LWRを示す尺度として算出した。その結果を表11に示す。
この3sの値が小さいほど、その線幅のラフネスが小さく、より均一幅のLSパターンが得られたことを意味する。
表12に示す各成分を混合して溶解し、溶剤現像ネガ型レジスト組成物を調製した。
(A)-48~(A)-56:上記高分子化合物48~56。
(B)-8:下記化合物(B)-8。
(D)-5:トリ-n-エタノールアミン。
(E)-2:マロン酸。
(G)-4:下記化合物(G)-4。
(G)-5:下記化合物(G)-5。
(H)-1:ベンゾフェノン。
(J)-1:下記化合物(J)-1。
(J)-2:ポリエステル変性ジメチルシロキサン「BYK-310」(商品名、ビックケミー社製)。
8インチのシリコンウェーハ上に、有機系反射防止膜組成物「TBLC-100」(商品名、東京応化工業株式会社製)を、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で230℃、90秒間焼成して乾燥させることにより、膜厚455nmの有機系反射防止膜を形成した。そして、該反射防止膜上に、各例のレジスト組成物を、スピンナーを用いてそれぞれ塗布し、ホットプレート上で85℃、60秒間の条件でプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚150nmのレジスト膜を形成した。
次いで、前記レジスト膜に対し、KrF露光装置NSR-S203B(ニコン社製;NA(開口数)=0.68,σ=0.60)により、KrFエキシマレーザー(248nm)を、マスクパターンを介して選択的に照射した。
そして、125℃、60秒間のPEB処理を行い、さらに23℃にて表12に示す現像液で13秒間パドル現像処理を行い、実施例61、68及び70では表12に示すリンス液で20秒間リンス処理を行った後、振り切り乾燥を行った。
続いて、ホットプレート上で100℃、60秒間のポストベークを行った。
その結果、全ての例において前記レジスト膜に、スペース幅150nm、ピッチ300nmの1:1SLパターンが形成された。
得られたレジストパターンにおいて、残膜率、倒れマージン、及びLWRの評価を上記同様に行った。結果を表13に示す。なお、比較例12~14のLWRは、パターンのコントラストが低いため測定不能であったため、表13中には「×」と示す。
表14~15に示す各成分を混合して溶解し、溶剤現像ネガ型レジスト組成物を調製した。
また、表15中の(I)-1~7;(II)-8~11はそれぞれ前記同様である。
(B)-9:下記化合物(B)-9。
(B)-10:トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート。
(B)-11:下記化合物(B)-11。
(G)-6:下記化合物(G)-6。
(H)-2:ピレン。
(H)-3:1,5-ジヒドロキシナフタレン。
8インチのシリコンウェーハ上に、各例のレジスト組成物を、スピンナーを用いてそれぞれ塗布し、ホットプレート上で85℃、60秒間の条件でプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚350nmのレジスト膜を形成した。
次いで、前記レジスト膜に対し、i線露光装置NSR-2205i14E(ニコン社製;NA(開口数)=0.57,σ=0.56)により、i線(365nm)を、マスクパターンを介して選択的に照射した。
そして、125℃、60秒間のPEB処理を行い、さらに23℃にて表16に示す現像液で13秒間パドル現像処理を行い、実施例79、86及び88では表16に示すリンス液で20秒間リンス処理を行った後、振り切り乾燥を行った。
続いて、ホットプレート上で100℃、40秒間のポストベークを行った。
その結果、全ての例において前記レジスト膜に、スペース幅500nm、ピッチ1000nmの1:1SLパターンが形成された。
得られたレジストパターンにおいて、残膜率、及び倒れマージンの評価を上記同様に行った。結果を表16に示す。
上記スペース幅500nmの1:1SLパターンが形成される最適露光量Eopで形成されたスペース幅500nm、ピッチ1000nmのSLパターンの断面形状を、走査型電子顕微鏡(商品名:SU8000、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて観察し、その形状を以下の基準で評価した。結果を表16に示す。
A:矩形性が高い。
B:矩形性を維持していない。
表17に示す各成分を混合して溶解し、溶剤現像ネガ型レジスト組成物を調製した。
8インチのシリコンウェーハ上に、各例のレジスト組成物を、スピンナーを用いてそれぞれ塗布し、ホットプレート上で85℃、60秒間の条件でプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚300nmのレジスト膜を形成した。
次いで、前記レジスト膜に対し、電子線描画機HL-800D(VSB)(Hitachi社製)を用い、加速電圧70kVにて露光を行い、125℃、60秒間のPEB処理を行い、さらに23℃にて表17に示す現像液で13秒間パドル現像処理を行い、実施例93、100及び101では表17に示すリンス液で20秒間リンス処理を行った後、振り切り乾燥を行った。
続いて、ホットプレート上で100℃、40秒間のポストベークを行った。
その結果、全ての例において前記レジスト膜に、ライン幅130nm、ピッチ260nmの1:1LSパターンが形成された。
得られたレジストパターンにおいて、残膜率、倒れマージン、及びLWRの評価を上記同様に行った。結果を表18に示す。なお、比較例21~22のLWRは、パターンのコントラストが低いため測定不能であったため、表18中には「×」と示す。
表19~20に示す各成分を混合して溶解し、溶剤現像ネガ型レジスト組成物を調製した。
(A)-56~(A)-66:上記高分子化合物56~66。
(D)-5:下記化合物(D)-5。
(F)-1:下記高分子化合物(F)-1[Mw=25000、Mw/Mn=1.5、l/m=80/20(モル比)]。
(F)-2:下記高分子化合物(F)-A[Mw=28000、Mw/Mn=2.0、l/m=30/70(モル比)]。
(F)-3:下記高分子化合物(F)-A[Mw=50000、Mw/Mn=2.0、l/m=50/50(モル比)]。
(F)-4:下記高分子化合物(F)-3[Mw=25000、Mw/Mn=1.8、l/m=80/20(モル比)]。
(F)-5:下記高分子化合物(F)-4[Mw=30000、Mw/Mn=2.0、l/m=30/70(モル比)]。
12インチのシリコンウェーハ上に、有機系反射防止膜組成物「ARC29A」(商品名、ブリュワーサイエンス社製)を、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で205℃、60秒間焼成して乾燥させることにより、膜厚89nmの有機系反射防止膜を形成した。
そして、該有機系反射防止膜上に、各例のレジスト組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布し、ホットプレート上で90℃、60秒間の条件でプレベーク(PAB)処理を行い、乾燥することにより、膜厚100nmのレジスト膜を形成した。その後、実施例136では、形成されたレジスト膜上に、保護膜形成用塗布液「TILC-323」(商品名、東京応化工業株式会社製)を、スピンナーを用いて塗布し、90℃で60秒間加熱することにより、膜厚35nmのトップコートを形成した。
次に、ArF液浸露光装置NSR-S609(ニコン社製;NA(開口数)=1.07,Cross pole(in/out=0.78/0.97)with Polano)により、ArFエキシマレーザーを、マスクパターンを介して選択的に照射した。そして、120℃、60秒間のPEB処理を行い、さらに23℃にて表21に示す現像液で13秒間パドル現像処理を行い、実施例120~121、124及び135では表21に示すリンス液で20秒間リンス処理を行った後、振り切り乾燥を行った。なお、表21に示す現像液及びリンス液の略号は前記同様である。
続いて、ホットプレート上で100℃、40秒間のポストベークを行った。
その結果、全ての例において前記レジスト膜に、スペース幅65nm、ピッチ130nmの1:1スペースアンドライン(SL)パターンが形成された。
得られたレジストパターンにおいて、残膜率、倒れマージン、及びLWRの評価を上記同様に行った。結果を表21に示す。
Claims (9)
- 酸の作用により有機溶剤に対する溶解性が減少する基材成分(A)、及び露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)を含有するレジスト組成物を用いて支持体上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を露光する工程、及び前記レジスト膜を、前記有機溶剤を含有する現像液を用いたネガ型現像によりパターニングしてレジストパターンを形成する工程、を含むレジストパターン形成方法に用いられるレジスト組成物であって、
前記基材成分(A)が、4~12員環のラクトン含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位、3~7員環のエーテル含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位、及び5~7員環のカーボネート含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位からなる群から選ばれる少なくとも1種の構成単位(a2)と、酸の作用により極性が増大する酸分解性基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a1)とを有する樹脂成分(A1)を含有し、
前記酸発生剤成分(B)が、露光によりスルホン酸を発生する化合物からなる酸発生剤(B1)を含むことを特徴とする溶剤現像ネガ型レジスト組成物。 - 基板上に形成した複数種類のポリマーが結合したブロックコポリマーを含む層を相分離させるために用いられるガイドパターン形成用である請求項1に記載の溶剤現像ネガ型レジスト組成物。
- 前記基材成分(A)を構成する全構成単位の合計に対し、前記構成単位(a1)の割合が20~80モル%である請求項1~3のいずれか一項に記載の溶剤現像ネガ型レジスト組成物。
- 前記基材成分(A)を構成する全構成単位の合計に対し、前記構成単位(a2)の割合が20~80モル%である請求項1~4のいずれか一項に記載の溶剤現像ネガ型レジスト組成物。
- 前記樹脂成分(A1)が、さらに、-SO2-含有環式基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a0)を有する請求項1~5のいずれか一項に記載の溶剤現像ネガ型レジスト組成物。
- 前記樹脂成分(A1)が、さらに、極性基含有脂肪族炭化水素基を含み、α位の炭素原子に結合した水素原子が置換基で置換されていてもよいアクリル酸エステルから誘導される構成単位(a3)を有する請求項1~6のいずれか一項に記載の溶剤現像ネガ型レジスト組成物。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の溶剤現像ネガ型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、
前記レジスト膜を露光する工程、及び、
前記レジスト膜を、前記有機溶剤を含有する現像液を用いて現像してレジストパターンを形成する工程、を含むことを特徴とするレジストパターン形成方法。 - 基板上に下地剤を塗布し、該下地剤からなる層を形成する工程、
請求項1~7のいずれか一項に記載の溶剤現像ネガ型レジスト組成物を用いて前記下地剤からなる層表面にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜を露光する工程、
前記レジスト膜を前記有機溶剤を含有する現像液を用いて現像してレジストパターンを形成する工程、
複数種類のポリマーが結合したブロックコポリマーを含む層を前記レジストパターンが形成された前記下地剤からなる層表面に形成した後、前記ブロックコポリマーを含む層を相分離させる工程、及び、
前記ブロックコポリマーを含む層のうち、前記ブロックコポリマーを構成する複数種類のポリマーのうちの少なくとも一種類のポリマーからなる相を選択的に除去する工程、を含むことを特徴とするブロックコポリマーを含む層のパターン形成方法。
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