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技術 レジスト材料及びパターン形成方法

出願人 信越化学工業株式会社
発明者 畠山潤藤原敬之
出願日 2020年7月7日 (11ヶ月経過) 出願番号 2020-116951
公開日 2021年3月1日 (3ヶ月経過) 公開番号 2021-033262
状態 未査定
技術分野 付加系(共)重合体、後処理、化学変成 有機低分子化合物及びその製造
主要キーワード 捕獲性能 ドット寸法 ラウンディング シュリンク剤 拡散抑制効果 超LSI スルトン基 ネガティブパターン
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課題

ポジ型レジスト材料においてもネガ型レジスト材料においても、高感度かつLWRやCDUが小さいレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法を提供する。

解決手段

ベースポリマー及びクエンチャーを含むレジスト材料であって、前記クエンチャーが、ヨウ素原子置換された芳香環エステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビレン基を介して窒素原子に結合しているアンモニウムカチオンと、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物由来するアニオンとからなるアンモニウム塩化合物であるレジスト材料。

概要

背景

LSIの高集積化高速度化に伴い、パターンルール微細化が急速に進んでいる。特に、スマートフォンの普及によるロジックメモリー市場の拡大が微細化を牽引している。最先端の微細化技術としては、ArF液浸リソグラフィーダブルパターニングによる10nmノードデバイスの量産が行われており、次世代には同じくダブルパターニングによる7nmノードの量産準備が進行中である。次次世代の5nmノードとしては、極端紫外線(EUV)リソグラフィーが候補に挙がっている。

微細化が進行し、光の回折限界に近づくにつれて、光のコントラストが低下してくる。光のコントラストの低下によって、ポジ型レジスト膜においてはホールパターントレンチパターン解像性や、フォーカスマージンの低下が生じる。光のコントラスト低下によるレジストパターンの解像性低下の影響を防ぐため、レジスト膜溶解コントラストを向上させる試みが行われている。

酸発生剤を添加し、光あるいは電子線(EB)の照射によって酸を発生させて脱保護反応を起こす化学増幅ポジ型レジスト材料、及び酸による極性変化反応又は架橋反応を起こす化学増幅ネガ型レジスト材料にとって、酸の未露光部分への拡散を制御してコントラストを向上させる目的でのクエンチャーの添加は、非常に効果的であった。そのため、多くのアミンクエンチャーが提案された(特許文献1〜3)。

ArFレジスト材料用の(メタ)アクリレートポリマーに用いられる酸不安定基は、α位がフッ素原子置換されたスルホン酸が発生する光酸発生剤を使うことによって脱保護反応が進行するが、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸やカルボン酸が発生する酸発生剤では脱保護反応が進行しない。α位がフッ素原子で置換されたスルホン酸が発生するスルホニウム塩ヨードニウム塩に、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸が発生するスルホニウム塩やヨードニウム塩を混合すると、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸が発生するスルホニウム塩やヨードニウム塩は、α位がフッ素原子で置換されたスルホン酸とイオン交換を起こす。光によって発生したα位がフッ素原子で置換されたスルホン酸は、イオン交換によってスルホニウム塩やヨードニウム塩に逆戻りするため、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸やカルボン酸のスルホニウム塩やヨードニウム塩はクエンチャーとして機能する。カルボン酸が発生するスルホニウム塩やヨードニウム塩をクエンチャーとして用いるレジスト組成物が提案されている(特許文献4)。

スルホニウム塩型クエンチャーやヨードニウム塩型クエンチャーは、光酸発生剤と同様に光分解性である。つまり、露光部分は、クエンチャーの量が少なくなる。露光部分には酸が発生するので、クエンチャーの量が減ると、相対的に酸の濃度が高くなり、これによってコントラストが向上する。しかしながら、露光部分の酸拡散を抑えることができないため、酸拡散制御が困難になる。

ヨウ素原子で置換されたアニリン化合物を含むレジスト材料が提案されている(特許文献5、6)。アニリン化合物は塩基性度が低く、酸の捕獲性能が低いために酸拡散性能が高くないという問題点がある。酸拡散制御能に優れ、高吸収増感効果も高いクエンチャーの開発が望まれている。

概要

ポジ型レジスト材料においてもネガ型レジスト材料においても、高感度かつLWRやCDUが小さいレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法を提供する。ベースポリマー及びクエンチャーを含むレジスト材料であって、前記クエンチャーが、ヨウ素原子で置換された芳香環エステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビレン基を介して窒素原子に結合しているアンモニウムカチオンと、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物由来するアニオンとからなるアンモニウム塩化合物であるレジスト材料。なし

目的

特開2001−194776号公報
特開2002−226470号公報
特開2002−363148号公報
国際公開第2008/066011号
特開2013−83957号公報
特開2018−97356号公報






酸を触媒とする化学増幅レジスト材料において、ラインパターンエッジラフネス(LWR)やホールパターンの寸法均一性(CDU)を低減させることが可能で、かつ感度も向上させることができるクエンチャーの開発が望まれている

効果

実績

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請求項1

ベースポリマー及びクエンチャーを含むレジスト材料であって、前記クエンチャーが、ヨウ素原子置換された芳香環エステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビレン基を介して窒素原子に結合しているアンモニウムカチオンと、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物由来するアニオンとからなるアンモニウム塩化合物であるレジスト材料。

請求項2

前記アンモニウム塩化合物が、下記式(A)で表される化合物である請求項1記載のレジスト材料。(式中、m及びnは、1≦m≦5、0≦n≦4及び1≦m+n≦5を満たす整数である。p1は、1〜3の整数である。p2は、1又は2である。q及びrは、1≦q≦5、0≦r≦4及び1≦q+r≦5を満たす整数である。XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。X1は、炭素数1〜20の(p2+1)価の炭化水素基であり、エステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。R1は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基フッ素原子塩素原子、臭素原子、アミノ基、−NR1A−C(=O)−R1B又は−NR1A−C(=O)−O−R1Bである。R1Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基である。R1Bは、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基、炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜13のアラルキル基である。R2は、水素原子、ニトロ基又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、前記ヒドロカルビル基は、ヒドロキシ基、カルボキシ基チオール基、エーテル結合、エステル結合、ニトロ基、シアノ基ハロゲン原子及びアミノ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。p1が1又は2のとき、2つのR2が互いに結合して、これらが結合する窒素原子と共に環を形成していてもよく、このとき該環の中に、二重結合酸素原子硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。または、R2とX1とが互いに結合して、これらが結合する窒素原子と共に環を形成していてもよく、このとき該環の中に、二重結合、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。R3は、ヒドロキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基ホルミル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜4の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基、炭素数6〜10のアリール基、フッ素原子、塩素原子、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、−NR3A−C(=O)−R3B、又は−NR3A−C(=O)−O−R3Bである。R3Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基である。R3Bは、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基又は炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基である。)

請求項3

更に、スルホン酸イミド酸又はメチド酸を発生する酸発生剤を含む請求項1又は2記載のレジスト材料。

請求項4

前記ベースポリマーが、下記式(a1)で表される繰り返し単位又は下記式(a2)で表される繰り返し単位を含むものである請求項1〜3のいずれか1項記載のレジスト材料。(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R11及びR12は、酸不安定基である。Y1は、単結合フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合又はエステル結合である。)

請求項5

化学増幅ポジ型レジスト材料である請求項4記載のレジスト材料。

請求項6

前記ベースポリマーが、酸不安定基を含まないものである請求項1〜3のいずれか1項記載のレジスト材料。

請求項7

化学増幅ネガ型レジスト材料である請求項6記載のレジスト材料。

請求項8

前記ベースポリマーが、下記式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含むものである請求項1〜7のいずれか1項記載のレジスト材料。(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Z1は、単結合、フェニレン基、−O−Z11−、−C(=O)−O−Z11−又は−C(=O)−NH−Z11−であり、Z11は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Z2は、単結合、−Z21−C(=O)−O−、−Z21−O−又は−Z21−O−C(=O)−であり、Z21は、炭素数1〜12の飽和ヒドロカルビレン基であり、カルボニル基、エステル結合又はエーテル結合を含んでいてもよい。Z3は、単結合、メチレン基エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−Z31−、−C(=O)−O−Z31−又は−C(=O)−NH−Z31−であり、Z31は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。R21〜R28は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。また、R23、R24及びR25のいずれか2つ又はR26、R27及びR28のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。A1は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。M-は、非求核性対向イオンである。)

請求項9

更に、有機溶剤を含む請求項1〜8のいずれか1項記載のレジスト材料。

請求項10

更に、界面活性剤を含む請求項1〜9のいずれか1項記載のレジスト材料。

請求項11

請求項1〜10のいずれか1項記載のレジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法

請求項12

前記高エネルギー線が、波長193nmのArFエキシマレーザー光又は波長248nmのKrFエキシマレーザー光である請求項11記載のパターン形成方法。

請求項13

前記高エネルギー線が、電子線又は波長3〜15nmの極端紫外線である請求項11記載のパターン形成方法。

技術分野

0001

本発明は、レジスト材料及びパターン形成方法に関する。

背景技術

0002

LSIの高集積化高速度化に伴い、パターンルール微細化が急速に進んでいる。特に、スマートフォンの普及によるロジックメモリー市場の拡大が微細化を牽引している。最先端の微細化技術としては、ArF液浸リソグラフィーダブルパターニングによる10nmノードデバイスの量産が行われており、次世代には同じくダブルパターニングによる7nmノードの量産準備が進行中である。次次世代の5nmノードとしては、極端紫外線(EUV)リソグラフィーが候補に挙がっている。

0003

微細化が進行し、光の回折限界に近づくにつれて、光のコントラストが低下してくる。光のコントラストの低下によって、ポジ型レジスト膜においてはホールパターントレンチパターン解像性や、フォーカスマージンの低下が生じる。光のコントラスト低下によるレジストパターンの解像性低下の影響を防ぐため、レジスト膜溶解コントラストを向上させる試みが行われている。

0004

酸発生剤を添加し、光あるいは電子線(EB)の照射によって酸を発生させて脱保護反応を起こす化学増幅ポジ型レジスト材料、及び酸による極性変化反応又は架橋反応を起こす化学増幅ネガ型レジスト材料にとって、酸の未露光部分への拡散を制御してコントラストを向上させる目的でのクエンチャーの添加は、非常に効果的であった。そのため、多くのアミンクエンチャーが提案された(特許文献1〜3)。

0005

ArFレジスト材料用の(メタ)アクリレートポリマーに用いられる酸不安定基は、α位がフッ素原子置換されたスルホン酸が発生する光酸発生剤を使うことによって脱保護反応が進行するが、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸やカルボン酸が発生する酸発生剤では脱保護反応が進行しない。α位がフッ素原子で置換されたスルホン酸が発生するスルホニウム塩ヨードニウム塩に、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸が発生するスルホニウム塩やヨードニウム塩を混合すると、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸が発生するスルホニウム塩やヨードニウム塩は、α位がフッ素原子で置換されたスルホン酸とイオン交換を起こす。光によって発生したα位がフッ素原子で置換されたスルホン酸は、イオン交換によってスルホニウム塩やヨードニウム塩に逆戻りするため、α位がフッ素原子で置換されていないスルホン酸やカルボン酸のスルホニウム塩やヨードニウム塩はクエンチャーとして機能する。カルボン酸が発生するスルホニウム塩やヨードニウム塩をクエンチャーとして用いるレジスト組成物が提案されている(特許文献4)。

0006

スルホニウム塩型クエンチャーやヨードニウム塩型クエンチャーは、光酸発生剤と同様に光分解性である。つまり、露光部分は、クエンチャーの量が少なくなる。露光部分には酸が発生するので、クエンチャーの量が減ると、相対的に酸の濃度が高くなり、これによってコントラストが向上する。しかしながら、露光部分の酸拡散を抑えることができないため、酸拡散制御が困難になる。

0007

ヨウ素原子で置換されたアニリン化合物を含むレジスト材料が提案されている(特許文献5、6)。アニリン化合物は塩基性度が低く、酸の捕獲性能が低いために酸拡散性能が高くないという問題点がある。酸拡散制御能に優れ、高吸収増感効果も高いクエンチャーの開発が望まれている。

先行技術

0008

特開2001−194776号公報
特開2002−226470号公報
特開2002−363148号公報
国際公開第2008/066011号
特開2013−83957号公報
特開2018−97356号公報

発明が解決しようとする課題

0009

酸を触媒とする化学増幅レジスト材料において、ラインパターンエッジラフネスLWR)やホールパターンの寸法均一性(CDU)を低減させることが可能で、かつ感度も向上させることができるクエンチャーの開発が望まれている。

0010

本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、ポジ型レジスト材料においてもネガ型レジスト材料においても、高感度かつLWRやCDUが小さいレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ヨウ素原子で置換された芳香環を有するアンモニウムカチオンと、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物由来するアニオンとからなるアンモニウム塩化合物(以下、ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物ともいう。)をクエンチャーとして用いることで、LWR及びCDUが小さく、コントラストが高く、解像性に優れ、プロセスマージンが広いレジスト材料を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。

0012

すなわち、本発明は、下記レジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
1.ベースポリマー及びクエンチャーを含むレジスト材料であって、
前記クエンチャーが、ヨウ素原子で置換された芳香環がエステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビレン基を介して窒素原子に結合しているアンモニウムカチオンと、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物に由来するアニオンとからなるアンモニウム塩化合物であるレジスト材料。
2.前記アンモニウム塩化合物が、下記式(A)で表される化合物である1のレジスト材料。



(式中、m及びnは、1≦m≦5、0≦n≦4及び1≦m+n≦5を満たす整数である。p1は、1〜3の整数である。p2は、1又は2である。q及びrは、1≦q≦5、0≦r≦4及び1≦q+r≦5を満たす整数である。
XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。
X1は、炭素数1〜20の(p2+1)価の炭化水素基であり、エステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
R1は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、アミノ基、−NR1A−C(=O)−R1B又は−NR1A−C(=O)−O−R1Bである。R1Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基である。R1Bは、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基、炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜13のアラルキル基である。
R2は、水素原子、ニトロ基又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、前記ヒドロカルビル基は、ヒドロキシ基、カルボキシ基チオール基、エーテル結合、エステル結合、ニトロ基、シアノ基ハロゲン原子及びアミノ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。p1が1又は2のとき、2つのR2が互いに結合して、これらが結合する窒素原子と共に環を形成していてもよく、このとき該環の中に、二重結合酸素原子硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。または、R2とX1とが互いに結合して、これらが結合する窒素原子と共に環を形成していてもよく、このとき該環の中に、二重結合、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。
R3は、ヒドロキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基ホルミル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜4の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基、炭素数6〜10のアリール基、フッ素原子、塩素原子、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、−NR3A−C(=O)−R3B、又は−NR3A−C(=O)−O−R3Bである。R3Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基である。R3Bは、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基又は炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基である。)
3.更に、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生する酸発生剤を含む1又は2のレジスト材料。
4.前記ベースポリマーが、下記式(a1)で表される繰り返し単位又は下記式(a2)で表される繰り返し単位を含むものである1〜3のいずれかのレジスト材料。



(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R11及びR12は、酸不安定基である。Y1は、単結合フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合又はエステル結合である。)
5.化学増幅ポジ型レジスト材料である4のレジスト材料。
6.前記ベースポリマーが、酸不安定基を含まないものである1〜3のいずれかのレジスト材料。
7.化学増幅ネガ型レジスト材料である6のレジスト材料。
8.前記ベースポリマーが、下記式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含むものである1〜7のいずれかのレジスト材料。



(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。
Z1は、単結合、フェニレン基、−O−Z11−、−C(=O)−O−Z11−又は−C(=O)−NH−Z11−であり、Z11は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。
Z2は、単結合、−Z21−C(=O)−O−、−Z21−O−又は−Z21−O−C(=O)−であり、Z21は、炭素数1〜12の飽和ヒドロカルビレン基であり、カルボニル基、エステル結合又はエーテル結合を含んでいてもよい。
Z3は、単結合、メチレン基エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−Z31−、−C(=O)−O−Z31−又は−C(=O)−NH−Z31−であり、Z31は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。
R21〜R28は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。また、R23、R24及びR25のいずれか2つ又はR26、R27及びR28のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。
A1は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。
M-は、非求核性対向イオンである。)
9.更に、有機溶剤を含む1〜8のいずれかのレジスト材料。
10.更に、界面活性剤を含む1〜9のいずれかのレジスト材料。
11.1〜10のいずれかのレジスト材料を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、前記露光したレジスト膜を、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法。
12.前記高エネルギー線が、波長193nmのArFエキシマレーザー光又は波長248nmのKrFエキシマレーザー光である11のパターン形成方法。
13.前記高エネルギー線が、EB又は波長3〜15nmのEUVである11のパターン形成方法。

発明の効果

0013

式(A)で表される化合物は、ヨウ素原子を有するためEUVの吸収が大きく、そのため増感効果があり、また、ヨウ素原子の原子量が大きいため、酸拡散を抑える効果も高い。更に、感光性がなく露光部分においてもこれが分解することがないため、露光領域の酸拡散制御能も高く、アルカリ現像液によってパターンの膜減りを抑えることもできる。これらによって、高感度、低LWRかつ低CDUのレジスト材料を構築することが可能となる。

0014

[レジスト材料]
本発明のレジスト材料は、ベースポリマー及びヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物からなるクエンチャーを含むものである。

0015

[ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物]
前記ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物は、ヨウ素原子で置換された芳香環がエステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビレン基を介して窒素原子に結合しているアンモニウムカチオンと、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物に由来するアニオンとからなる化合物である。このようなアンモニウム塩化合物としては、下記式(A)で表されるものが好ましい。

0016

式(A)中、m及びnは、1≦m≦5、0≦n≦4及び1≦m+n≦5を満たす整数である。mは2≦m≦4を満たす整数が好ましく、nは0又は1が好ましい。p1は、1〜3の整数である。p2は、1又は2である。q及びrは、1≦q≦5、0≦r≦4及び1≦q+r≦5を満たす整数である。qは2又は3が好ましく、rは0〜2の整数が好ましい。

0017

式(A)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。

0018

式(A)中、X1は、炭素数1〜20の(p2+1)価の炭化水素基であり、エステル結合及びエーテル結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。前記炭化水素基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、炭素数1〜20のヒドロカルビレン基及び前記ヒドロカルビレン基から更に水素原子が1個脱離して得られる3価の基が挙げられる。前記ヒドロカルビレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,2−ジイル基、ブタン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基等のアルカンジイル基シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等の炭素数3〜20の飽和環式ヒドロカルビレン基;ビニレン基プロペン−1,3−ジイル基等の炭素数2〜20の不飽和脂肪族ヒドロカルビレン基;フェニレン基、ナフチレン基等の炭素数6〜20のアリーレン基;これらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。

0019

式(A)中、R1は、ヒドロキシ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、アミノ基、−NR1A−C(=O)−R1B又は−NR1A−C(=O)−O−R1Bである。R1Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基である。R1Bは、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基、炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜13のアラルキル基である。

0020

前記炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基イソプロピル基シクロプロピル基n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基及び炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基の飽和ヒドロカルビル部としては、前述した飽和ヒドロカルビル基の具体例と同様のものが挙げられる。

0021

前記炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、ブテニル基ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。

0022

前記炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基トリル基キシリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられる。前記炭素数7〜13のアラルキル基としては、ベンジル基フェネチル基等が挙げられる。

0023

これらのうち、R1としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヒドロキシ基、アミノ基、炭素数1〜3の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜3の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜4の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、−NR1A−C(=O)−R1B又は−NR1A−C(=O)−O−R1B等が好ましい。なお、nが2以上のとき、各R1は同一でも異なっていてもよい。

0024

式(A)中、R2は、水素原子、ニトロ基又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記炭素数1〜20のヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、ウンデシル基、ドデシル基トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基等の炭素数1〜20のアルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロプロピルメチル基、4−メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ノルボルニル基アダマンチル基の炭素数3〜20の飽和環式ヒドロカルビル基;ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等の炭素数2〜20のアルケニル基;シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等の等の炭素数2〜20の不飽和環脂肪族ヒドロカルビル基エチニル基プロピニル基ブチニル基等の炭素数2〜20のアルキニル基;フェニル基、メチルフェニル基エチルフェニル基、n−プロピルフェニル基、イソプロピルフェニル基、n−ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、sec−ブチルフェニル基、tert−ブチルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、エチルナフチル基、n−プロピルナフチル基、イソプロピルナフチル基、n−ブチルナフチル基、イソブチルナフチル基、sec−ブチルナフチル基、tert−ブチルナフチル基等の炭素数6〜20のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等の炭素数7〜20のアラルキル基;2−シクロヘキシルエチニル基、2−フェニルエチニル基等のこれらを組み合わせて得られる基等が挙げられる。前記ヒドロカルビル基は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、チオール基、エーテル結合、エステル結合、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン原子及びアミノ基から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。

0025

p1が1又は2のとき、各R2は同一でも異なっていてもよい。また、p1が1又は2のとき、2つのR2が互いに結合して、これらが結合する窒素原子と共に環を形成していてもよく、このとき該環の中に、二重結合、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。または、R2とX1とが互いに結合して、これらが結合する窒素原子と共に環を形成していてもよく、このとき該環の中に、二重結合、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。

0026

式(A)中、R3は、ヒドロキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基、ホルミル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基、フッ素原子若しくは塩素原子で置換されていてもよい炭素数1〜4の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基、炭素数6〜10のアリール基、フッ素原子、塩素原子、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、−NR3A−C(=O)−R3B、又は−NR3A−C(=O)−O−R3Bである。R3Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基である。R3Bは、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基又は炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基である。

0027

R3、R3A及びR3Bで表される飽和ヒドロカルビル基としては、R1の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。また、前記飽和ヒドロカルビルオキシ基、飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基、飽和ヒドロカルビルカルボニル基、飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基及び飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基の飽和ヒドロカルビル部としては、R1の説明において飽和ヒドロカルビル基の具体例として例示したものと同様のものが挙げられる。R3Bで表される炭素数2〜8の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、R1の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。前記炭素数6〜10のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。

0028

前記ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物のカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0029

0030

0031

0032

0033

0034

0035

0036

0037

0038

前記ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物のアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0039

0040

0041

0042

式(A)で表されるアンモニウム塩化合物は、例えば、前記アンモニウム塩化合物のカチオンを与え得るヨウ素化芳香環含有アミン化合物と、ヨウ素化又は臭素化フェノール化合物との中和反応によって合成することができる。

0043

前記アンモニウム塩化合物は、レジスト材料において増感効果を有するクエンチャーとして機能する。通常のクエンチャーは、添加によって酸拡散を制御して低感度化することによってLWRやCDUが低減するが、前記アンモニウム塩化合物は、そのカチオンに窒素原子と原子量の大きいヨウ素原子とを有し、これらが酸拡散制御効果を有するとともに、そのアニオンにEUVの吸収が大きいヨウ素原子又は臭素原子を有しているため、これによる増感効果によって感度を向上させる機能も有する。

0044

前記アンモニウム塩化合物は、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物に由来するアニオンを有している。前記アニオンは、露光によってフェノキシドラジカル二次電子を発生する。発生したラジカルや二次電子は、スルホニウム塩やヨードニウム塩の分解を促進し、これによってレジスト材料が高感度化する。

0045

前記アンモニウム塩化合物は、感光性がないので露光によって分解することがなく、露光部分の酸の拡散を抑えることができる。また、アルカリ現像液中では、ヨウ素化又は臭素化フェノール化合物が現像液に溶解し、溶解コントラストを高めることができる。

0046

本発明のレジスト材料中、前記アンモニウム塩化合物の含有量は、後述するベースポリマー100質量部に対し、感度と酸拡散抑制効果の点から0.001〜50質量部が好ましく、0.01〜40質量部がより好ましい。

0047

[ベースポリマー]
本発明のレジスト材料に含まれるベースポリマーは、ポジ型レジスト材料の場合、酸不安定基を含む繰り返し単位を含む。酸不安定基を含む繰り返し単位としては、下記式(a1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位a1ともいう。)又は下記式(a2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位a2ともいう。)が好ましい。

0048

式(a1)及び(a2)中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R11及びR12は、酸不安定基である。Y1は、単結合、フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合及びラクトン環から選ばれる少なくとも1種を含む炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合又はエステル結合である。なお、前記ベースポリマーが繰り返し単位a1及び繰り返し単位a2を共に含む場合、R11及びR12は、互いに同一であっても異なっていてもよい。

0049

繰り返し単位a1を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RA及びR11は、前記と同じである。

0050

繰り返し単位a2を与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RA及びR12は、前記と同じである。

0051

式(a1)及び(a2)中、R11及びR12で表される酸不安定基としては、例えば、特開2013−80033号公報、特開2013−83821号公報に記載のものが挙げられる。

0052

典型的には、前記酸不安定基としては、下記式(AL−1)〜(AL−3)で表されるものが挙げられる。

0053

式(AL−1)及び(AL−2)中、RL1及びRL2は、それぞれ独立に、炭素数1〜40のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1〜40のアルキル基が好ましく、炭素数1〜20のアルキル基がより好ましい。

0054

式(AL−1)中、aは、0〜10の整数であり、1〜5の整数が好ましい。

0055

式(AL−2)中、RL3及びRL4は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。また、RL2、RL3及びRL4のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する炭素原子又は炭素原子と酸素原子と共に炭素数3〜20の環を形成してもよい。前記環としては、炭素数4〜16の環が好ましく、特に脂環が好ましい。

0056

式(AL−3)中、RL5、RL6及びRL7は、それぞれ独立に、炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、フッ素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記ヒドロカルビル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。また、RL5、RL6及びRL7のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に炭素数3〜20の環を形成してもよい。前記環としては、炭素数4〜16の環が好ましく、特に脂環が好ましい。

0057

前記ベースポリマーは、更に、密着性基としてフェノール性ヒドロキシ基を含む繰り返し単位bを含んでもよい。繰り返し単位bを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

0058

前記ベースポリマーは、更に、他の密着性基として、フェノール性ヒドロキシ基以外のヒドロキシ基、ラクトン環、スルトン環、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カルボニル基、スルホニル基、シアノ基又はカルボキシ基を含む繰り返し単位cを含んでもよい。繰り返し単位cを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

0059

0060

0061

0062

0063

0064

0065

0066

0067

前記ベースポリマーは、更に、インデンベンゾフランベンゾチオフェンアセナフチレンクロモンクマリンノルボルナジエン又はこれらの誘導体に由来する繰り返し単位dを含んでもよい。繰り返し単位dを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0068

前記ベースポリマーは、更に、スチレンビニルナフタレンビニルアントラセン、ビニルピレンメチレンインダンビニルピリジン又はビニルカルバゾールに由来する繰り返し単位eを含んでもよい。

0069

前記ベースポリマーは、更に、重合性不飽和結合を含むオニウム塩に由来する繰り返し単位fを含んでもよい。好ましい繰り返し単位fとしては、下記式(f1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f1ともいう。)、下記式(f2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f2ともいう。)及び下記式(f3)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f3ともいう。)が挙げられる。なお、繰り返し単位f1〜f3は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。

0070

式(f1)〜(f3)中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Z1は、単結合、フェニレン基、−O−Z11−、−C(=O)−O−Z11−又は−C(=O)−NH−Z11−であり、Z11は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Z2は、単結合、−Z21−C(=O)−O−、−Z21−O−又は−Z21−O−C(=O)−であり、Z21は、炭素数1〜12の飽和ヒドロカルビレン基であり、カルボニル基、エステル結合又はエーテル結合を含んでいてもよい。Z3は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−Z31−、−C(=O)−O−Z31−又は−C(=O)−NH−Z31−であり、Z31は、炭素数1〜6の脂肪族ヒドロカルビレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、又はトリフルオロメチル基で置換されたフェニレン基であり、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。なお、前記脂肪族ヒドロカルビレン基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記飽和ヒドロカルビレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。

0071

式(f1)〜(f3)中、R21〜R28は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、炭素数1〜10の飽和ヒドロカルビル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、炭素数1〜10の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜10の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基又は炭素数2〜10の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、カルボニル基、エーテル結合又はエステル結合で置換されていてもよい。また、R23、R24及びR25のいずれか2つ又はR26、R27及びR28のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、前記環としては、式(1−1)の説明において、R101とR102とが結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として後述するものと同様のものが挙げられる。

0072

式(f2)中、A1は、水素原子又はトリフルオロメチル基である。

0073

式(f1)中、M-は、非求核性対向イオンである。前記非求核性対向イオンとしては、塩化物イオン臭化物イオン等のハロゲン化物イオントリフレートイオン、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネートイオン、ノナフルオロブタンスルホネートイオン等のフルオロアルキルスルホネートイオン、トシレートイオン、ベンゼンスルホネートイオン、4−フルオロベンゼンスルホネートイオン、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネートイオン等のアリールスルホネートイオン、メシレートイオン、ブタンスルホネートイオン等のアルキルスルホネートイオン、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドイオン、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミドイオン、ビス(パーフルオロブチルスルホニル)イミドイオン等のイミドイオン、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチドイオン、トリス(パーフルオロエチルスルホニル)メチドイオン等のメチドイオンが挙げられる。

0074

前記非求核性対向イオンとしては、更に、下記式(f1−1)で表されるα位がフッ素原子で置換されたスルホン酸イオン、下記式(f1−2)で表されるα位がフッ素原子で置換され、β位がトリフルオロメチル基で置換されたスルホン酸イオン等が挙げられる。

0075

式(f1−1)中、R31は、水素原子、炭素数1〜20のヒドロカルビル基であり、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、ラクトン環又はフッ素原子を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR107で表されるヒドロカルビル基として後述するものと同様のものが挙げられる。

0076

式(f1−2)中、R32は、水素原子、炭素数1〜30のヒドロカルビル基、炭素数2〜30のヒドロカルビルカルボニル基又はアリールオキシ基であり、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基又はラクトン環を含んでいてもよい。前記ヒドロカルビル基及びヒドロカルビルカルボニル基のヒドロカルビル部は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR107で表されるヒドロカルビル基として後述するものと同様のものが挙げられる。

0077

繰り返し単位f1を与えるモノマーのカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

0078

繰り返し単位f2又f3を与えるモノマーのカチオンの具体例としては、式(1−1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして後述するものと同様のものが挙げられる。

0079

繰り返し単位f2を与えるモノマーのアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

0080

0081

繰り返し単位f3を与えるモノマーのアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

0082

0083

0084

ポリマー主鎖に酸発生剤を結合させることによって酸拡散を小さくし、酸拡散のぼけによる解像性の低下を防止できる。また、酸発生剤が均一に分散することによってLWR又はCDUが改善される。なお、繰り返し単位fを含むベースポリマーを用いる場合、後述する添加型酸発生剤の配合を省略し得る。

0085

ポジ型レジスト材料用のベースポリマーは、酸不安定基を含む繰り返し単位a1又はa2を必須とする。この場合、繰り返し単位a1、a2、b、c、d、e及びfの含有比率は、0≦a1<1.0、0≦a2<1.0、0<a1+a2<1.0、0≦b≦0.9、0≦c≦0.9、0≦d≦0.8、0≦e≦0.8及び0≦f≦0.5が好ましく、0≦a1≦0.9、0≦a2≦0.9、0.1≦a1+a2≦0.9、0≦b≦0.8、0≦c≦0.8、0≦d≦0.7、0≦e≦0.7及び0≦f≦0.4がより好ましく、0≦a1≦0.8、0≦a2≦0.8、0.1≦a1+a2≦0.8、0≦b≦0.75、0≦c≦0.75、0≦d≦0.6、0≦e≦0.6及び0≦f≦0.3が更に好ましい。なお、繰り返し単位fが繰り返し単位f1〜f3から選ばれる少なくとも1種である場合、f=f1+f2+f3である。また、a1+a2+b+c+d+e+f=1.0である。

0086

一方、ネガ型レジスト材料用のベースポリマーは、酸不安定基は必ずしも必要ではない。このようなベースポリマーとしては、繰り返し単位bを含み、必要に応じて更に繰り返し単位c、d、e及び/又はfを含むものが挙げられる。これらの繰り返し単位の含有比率は、0<b≦1.0、0≦c≦0.9、0≦d≦0.8、0≦e≦0.8及び0≦f≦0.5が好ましく、0.2≦b≦1.0、0≦c≦0.8、0≦d≦0.7、0≦e≦0.7及び0≦f≦0.4がより好ましく、0.3≦b≦1.0、0≦c≦0.75、0≦d≦0.6、0≦e≦0.6及び0≦f≦0.3が更に好ましい。なお、繰り返し単位fが繰り返し単位f1〜f3から選ばれる少なくとも1種である場合、f=f1+f2+f3である。また、b+c+d+e+f=1.0である。

0087

前記ベースポリマーを合成するには、例えば、前述した繰り返し単位を与えるモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱し、重合を行えばよい。

0088

重合時に使用する有機溶剤としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフランジエチルエーテルジオキサン等が挙げられる。重合開始剤としては、2,2'−アゾビスイソブチロニトリルAIBN)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシドラウロイルパーオキシド等が挙げられる。重合時の温度は、好ましくは50〜80℃である。反応時間は、好ましくは2〜100時間、より好ましくは5〜20時間である。

0089

ヒドロキシ基を含むモノマーを共重合する場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基等の酸によって脱保護しやすいアセタール基で置換しておいて重合後に弱酸と水によって脱保護を行ってもよいし、アセチル基、ホルミル基、ピバロイル基等で置換しておいて重合後にアルカリ加水分解を行ってもよい。

0090

ヒドロキシスチレンヒドロキシビニルナフタレンを共重合する場合は、ヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンのかわりにアセトキシスチレンアセトキシビニルナフタレンを用い、重合後前記アルカリ加水分解によってアセトキシ基を脱保護してヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンにしてもよい。

0091

アルカリ加水分解時の塩基としては、アンモニア水トリエチルアミン等が使用できる。また、反応温度は、好ましくは−20〜100℃、より好ましくは0〜60℃である。反応時間は、好ましくは0.2〜100時間、より好ましくは0.5〜20時間である。

0092

前記ベースポリマーは、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)が、好ましくは1,000〜500,000、より好ましくは2,000〜30,000である。Mwが小さすぎるとレジスト材料が耐熱性に劣るものとなり、大きすぎるとアルカリ溶解性が低下し、パターン形成後に裾引き現象が生じやすくなる。

0093

更に、前記ベースポリマーにおいて分子量分布(Mw/Mn)が広い場合は、低分子量や高分子量ポリマーが存在するため、露光後、パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりするおそれがある。パターンルールが微細化するに従って、MwやMw/Mnの影響が大きくなりやすいことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト材料を得るには、前記ベースポリマーのMw/Mnは、1.0〜2.0、特に1.0〜1.5と狭分散であることが好ましい。

0094

前記ベースポリマーは、組成比率、Mw、Mw/Mnが異なる2つ以上のポリマーを含んでもよい。

0095

[酸発生剤]
本発明のレジスト材料は、強酸を発生する酸発生剤(以下、添加型酸発生剤ともいう。)を含んでもよい。ここでいう強酸とは、化学増幅ポジ型レジスト材料の場合はベースポリマーの酸不安定基の脱保護反応を起こすのに十分な酸性度を有している化合物、化学増幅ネガ型レジスト材料の場合は酸による極性変化反応又は架橋反応を起こすのに十分な酸性度を有している化合物を意味する。このような酸発生剤を含むことで、式(A)で表される化合物がクエンチャーとして機能し、本発明のレジスト材料が、化学増幅ポジ型レジスト材料又は化学増幅ネガ型レジスト材料として機能することができる。前記酸発生剤としては、例えば、活性光線又は放射線感応して酸を発生する化合物(光酸発生剤)が挙げられる。光酸発生剤としては、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいかなるものでも構わないが、スルホン酸、イミド酸又はメチド酸を発生するものが好ましい。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミドオキシム−O−スルホネート型酸発生剤等がある。光酸発生剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0122]〜[0142]に記載されているものが挙げられる。

0096

また、光酸発生剤として、下記式(1−1)で表されるスルホニウム塩や、下記式(1−2)で表されるヨードニウム塩も好適に使用できる。

0097

式(1−1)及び(1−2)中、R101、R102、R103、R104及びR105は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、式(f1)〜(f3)中のR21〜R28の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。

0098

また、R101とR102とが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、前記環としては、以下に示す構造のものが好ましい。



(式中、破線は、R103との結合手である。)

0099

式(1−1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0100

0101

0102

0103

0104

0105

0106

0107

0108

0109

式(1−2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0110

式(1−1)及び(1−2)中、X-は、下記式(1A)〜(1D)から選ばれるアニオンである。

0111

式(1A)中、Rfaは、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR107の説明において後述するものと同様のものが挙げられる。

0112

式(1A)で表されるアニオンとしては、下記式(1A')で表されるものが好ましい。

0113

式(1A')中、R106は、水素原子又はトリフルオロメチル基であり、好ましくはトリフルオロメチル基である。R107は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜38のヒドロカルビル基である。前記ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子等が好ましく、酸素原子がより好ましい。前記ヒドロカルビル基としては、微細パターン形成において高解像性を得る点から、特に炭素数6〜30であるものが好ましい。

0114

R107で表されるヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、ウンデシル基、トリデシル基、ペンタデシル基、ヘプタデシル基、イコサニル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−アダマンチルメチル基、ノルボルニル基、ノルボルニルメチル基、トリシクロデカニル基、テトラシクロドデカニル基、テトラシクロドデカニルメチル基、ジシクロヘキシルメチル基等の環式飽和ヒドロカルビル基;アリル基、3−シクロヘキセニル基等の不飽和脂肪族ヒドロカルビル基;フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、ジフェニルメチル基等のアラルキル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、これらの基の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含有基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート基、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物ハロアルキル基等を含んでいてもよい。ヘテロ原子を含むヒドロカルビル基としては、テトラヒドロフリル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メチルチオメチル基、アセトアミドメチル基、トリフルオロエチル基、(2−メトキシエトキシ)メチル基、アセトキシメチル基、2−カルボキシ−1−シクロヘキシル基、2−オキソプロピル基、4−オキソ−1−アダマンチル基、3−オキソシクロヘキシル基等が挙げられる。

0115

式(1A')で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開2007−145797号公報、特開2008−106045号公報、特開2009−7327号公報、特開2009−258695号公報等に詳しい。また、特開2010−215608号公報、特開2012−41320号公報、特開2012−106986号公報、特開2012−153644号公報等に記載のスルホニウム塩も好適に用いられる。

0116

式(1A)で表されるアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、Acはアセチル基である。

0117

0118

0119

0120

式(1B)中、Rfb1及びRfb2は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR107の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。Rfb1及びRfb2として好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Rfb1とRfb2とは、互いに結合してこれらが結合する基(−CF2−SO2−N-−SO2−CF2−)と共に環を形成してもよく、このとき、Rfb1とRfb2とが互いに結合して得られる基は、フッ素化エチレン基又はフッ素化プロピレン基であることが好ましい。

0121

式(1C)中、Rfc1、Rfc2及びRfc3は、それぞれ独立に、フッ素原子、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR107の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。Rfc1、Rfc2及びRfc3として好ましくは、フッ素原子又は炭素数1〜4の直鎖状フッ素化アルキル基である。また、Rfc1とRfc2とは、互いに結合してこれらが結合する基(−CF2−SO2−C-−SO2−CF2−)と共に環を形成してもよく、このとき、Rfc1とRfc2とが互いに結合して得られる基は、フッ素化エチレン基又はフッ素化プロピレン基であることが好ましい。

0122

式(1D)中、Rfdは、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜40のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR107の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。

0123

式(1D)で表されるアニオンを含むスルホニウム塩の合成に関しては、特開2010−215608号公報及び特開2014−133723号公報に詳しい。

0124

式(1D)で表されるアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0125

なお、式(1D)で表されるアニオンを含む光酸発生剤は、スルホ基のα位にフッ素は有していないが、β位に2つのトリフルオロメチル基を有していることに起因して、ベースポリマー中の酸不安定基を切断するには十分な酸性度を有している。そのため、光酸発生剤として使用することができる。

0126

光酸発生剤として、下記式(2)で表されるものも好適に使用できる。

0127

式(2)中、R201及びR202は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜30のヒドロカルビル基である。R203は、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜30のヒドロカルビレン基である。また、R201、R202及びR203のうちのいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、前記環としては、式(1−1)の説明において、R101とR102とが結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として例示したものと同様のものが挙げられる。

0128

R201及びR202で表されるヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロペンチルブチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、シクロヘキシルブチル基、ノルボルニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、アダマンチル基等の環式飽和ヒドロカルビル基;フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等のアリール基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート基、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。

0129

R203で表されるヒドロカルビレン基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、ウンデカン−1,11−ジイル基、ドデカン−1,12−ジイル基、トリデカン−1,13−ジイル基、テトラデカン−1,14−ジイル基、ペンタデカン−1,15−ジイル基、ヘキサデカン−1,16−ジイル基、ヘプタデカン−1,17−ジイル基等のアルカンジイル基;シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基等の環式飽和ヒドロカルビレン基;フェニレン基、メチルフェニレン基、エチルフェニレン基、n−プロピルフェニレン基、イソプロピルフェニレン基、n−ブチルフェニレン基、イソブチルフェニレン基、sec−ブチルフェニレン基、tert−ブチルフェニレン基、ナフチレン基、メチルナフチレン基、エチルナフチレン基、n−プロピルナフチレン基、イソプロピルナフチレン基、n−ブチルナフチレン基、イソブチルナフチレン基、sec−ブチルナフチレン基、tert−ブチルナフチレン基等のアリーレン基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、ハロゲン原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等のヘテロ原子含有基で置換されていてもよく、その結果、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、スルホン酸エステル結合、カーボネート基、ラクトン環、スルトン環、カルボン酸無水物、ハロアルキル基等を含んでいてもよい。前記ヘテロ原子としては、酸素原子が好ましい。

0130

式(2)中、LAは、単結合、エーテル結合、又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビレン基である。前記ヒドロカルビレン基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、R203で表されるヒドロカルビレン基として例示したものと同様のものが挙げられる。

0131

式(2)中、XA、XB、XC及びXDは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基である。ただし、XA、XB、XC及びXDのうち少なくとも1つは、フッ素原子又はトリフルオロメチル基である。kは、0〜3の整数である。

0132

式(2)で表される光酸発生剤としては、下記式(2')で表されるものが好ましい。

0133

式(2')中、LAは、前記と同じ。RHFは、水素原子又はトリフルオロメチル基であり、好ましくはトリフルオロメチル基である。R301、R302及びR303は、それぞれ独立に、水素原子又はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、式(1A')中のR107の説明において例示したものと同様のものが挙げられる。x及びyは、それぞれ独立に、0〜5の整数であり、zは、0〜4の整数である。

0134

式(2)で表される光酸発生剤としては、特開2017−026980号公報の式(2)で表される光酸発生剤として例示されたものと同様のものが挙げられる。

0135

前記光酸発生剤のうち、式(1A')又は(1D)で表されるアニオンを含むものは、酸拡散が小さく、かつ溶剤への溶解性にも優れており、特に好ましい。また、式(2')で表されるものは、酸拡散が極めて小さく、特に好ましい。

0136

更に、前記光酸発生剤として、ヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を有するアニオンを含むスルホニウム塩又はヨードニウム塩を用いることもできる。このような塩としては、下記式(3−1)又は(3−2)で表されるものが挙げられる。

0137

式(3−1)及び(3−2)中、s及びtは、1≦s≦5、0≦t≦3及び1≦s+t≦5を満たす整数である。sは、1≦s≦3を満たす整数が好ましく、2又は3がより好ましい。tは、0≦t≦2を満たす整数が好ましい。uは、1≦u≦3を満たす整数である。

0138

式(3−1)及び(3−2)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子であり、u及び/又はsが2以上のとき、互いに同一であっても異なっていてもよい。

0139

式(3−1)及び(3−2)中、L1は、単結合、エーテル結合若しくはエステル結合、又はエーテル結合若しくはエステル結合を含んでいてもよい炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビレン基である。前記飽和ヒドロカルビレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。

0140

式(3−1)及び(3−2)中、L2は、uが1のときは単結合又は炭素数1〜20の2価の連結基であり、uが2又は3のときは炭素数1〜20の(u+1)価の連結基であり、該連結基は酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含んでいてもよい。

0141

式(3−1)及び(3−2)中、R401は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子若しくはアミノ基、若しくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヒドロキシ基、アミノ基若しくはエーテル結合を含んでいてもよい、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビル基、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜10の飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基、炭素数2〜20の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基若しくは炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビルスルホニルオキシ基、又は−NR401A−C(=O)−R401B若しくは−NR401A−C(=O)−O−R401Bである。R401Aは、水素原子又は炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビル基であり、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基又は炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基を含んでいてもよい。R401Bは、炭素数1〜16の脂肪族ヒドロカルビル基又は炭素数6〜12のアリール基であり、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜6の飽和ヒドロカルビルオキシ基、炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニル基又は炭素数2〜6の飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基を含んでいてもよい。前記脂肪族ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。前記飽和ヒドロカルビル基、飽和ヒドロカルビルオキシ基、飽和ヒドロカルビルオキシカルボニル基、飽和ヒドロカルビルカルボニル基及び飽和ヒドロカルビルカルボニルオキシ基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。u及び/又はtが2以上のとき、各R401は互いに同一であっても異なっていてもよい。

0142

これらのうち、R401としては、ヒドロキシ基、−NR401A−C(=O)−R401B、−NR401A−C(=O)−O−R401B、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、メチル基、メトキシ基等が好ましい。

0143

式(3−1)及び(3−2)中、Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であるが、これらのうち少なくとも1つはフッ素原子又はトリフルオロメチル基である。また、Rf1とRf2とが合わさって、カルボニル基を形成してもよい。特に、Rf3及びRf4がともにフッ素原子であることが好ましい。

0144

式(3−1)及び(3−2)中、R402、R403、R404、R405及びR406は、それぞれ独立に、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20のヒドロカルビル基である。前記ヒドロカルビル基は、飽和でも不飽和でもよく、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。その具体例としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、メルカプト基、スルトン基スルホン基又はスルホニウム塩含有基で置換されていてもよく、これらの基の炭素原子の一部が、エーテル結合、エステル結合、カルボニル基、アミド結合、カーボネート基又はスルホン酸エステル結合で置換されていてもよい。また、R402、R403及びR404のいずれか2つが、互いに結合してこれらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。このとき、前記環としては、式(1−1)の説明において、R101とR102とが結合してこれらが結合する硫黄原子と共に形成し得る環として例示したものと同様のものが挙げられる。

0145

式(3−1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとしては、式(1−1)で表されるスルホニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。また、式(3−2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとしては、式(1−2)で表されるヨードニウム塩のカチオンとして例示したものと同様のものが挙げられる。

0146

式(3−1)又は(3−2)で表されるオニウム塩のアニオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、XBIは前記と同じである。

0147

0148

0149

0150

0151

0152

0153

0154

0155

0156

0157

0158

0159

0160

0161

0162

0163

0164

0165

0166

0167

0168

0169

本発明のレジスト材料中、添加型酸発生剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.1〜50質量部が好ましく、1〜40質量部がより好ましい。前記ベースポリマーが繰り返し単位fを含むことで、及び/又は添加型酸発生剤を含むことで、本発明のレジスト材料は、化学増幅レジスト材料として機能することができる。

0170

[有機溶剤]
本発明のレジスト材料には、有機溶剤を配合してもよい。前記有機溶剤としては、前述した各成分及び後述する各成分が溶解可能なものであれば、特に限定されない。このような有機溶剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0144]〜[0145]に記載の、シクロヘキサノンシクロペンタノン、メチル−2−n−ペンチルケトン2−ヘプタノン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類プロピレングリコールモノメチルエーテルエチレングリコールモノメチルエーテルプロピレングリコールモノエチルエーテルエチレングリコールモノエチルエーテルプロピレングリコールジメチルエーテルジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート乳酸エチルピルビン酸エチル酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。

0171

本発明のレジスト材料中、有機溶剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、100〜10,000質量部が好ましく、200〜8,000質量部がより好ましい。

0172

[その他の成分]
前述した成分に加えて、界面活性剤、溶解阻止剤架橋剤等を目的に応じて適宜組み合わせて配合してポジ型レジスト材料及びネガ型レジスト材料を構成することによって、露光部では前記ベースポリマーが触媒反応により現像液に対する溶解速度が加速されるので、極めて高感度のポジ型レジスト材料及びネガ型レジスト材料とすることができる。この場合、レジスト膜の溶解コントラスト及び解像性が高く、露光余裕度があり、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好でありながら、特に酸拡散を抑制できることから粗密寸法差が小さく、これらのことから実用性が高く、超LSI用レジスト材料として非常に有効なものとすることができる。

0173

前記界面活性剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0165]〜[0166]に記載されたものが挙げられる。界面活性剤を添加することによって、レジスト材料の塗布性を一層向上あるいは制御することができる。本発明のレジスト材料中、界面活性剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.0001〜10質量部が好ましい。界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。

0174

本発明のレジスト材料がポジ型である場合は、溶解阻止剤を配合することによって、露光部と未露光部との溶解速度の差を一層大きくすることができ、解像度を一層向上させることができる。前記溶解阻止剤としては、分子量が好ましくは100〜1,000、より好ましくは150〜800で、かつ分子内にフェノール性ヒドロキシ基を2つ以上含む化合物の該フェノール性ヒドロキシ基の水素原子を酸不安定基によって全体として0〜100モル%の割合で置換した化合物、又は分子内にカルボキシ基を含む化合物の該カルボキシ基の水素原子を酸不安定基によって全体として平均50〜100モル%の割合で置換した化合物が挙げられる。具体的には、ビスフェノールA、トリスフェノール、フェノールフタレインクレゾールノボラックナフタレンカルボン酸、アダマンタンカルボン酸、コール酸のヒドロキシ基、カルボキシ基の水素原子を酸不安定基で置換した化合物等が挙げられ、例えば、特開2008−122932号公報の段落[0155]〜[0178]に記載されている。

0175

本発明のレジスト材料がポジ型レジスト材料の場合、溶解阻止剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜50質量部が好ましく、5〜40質量部がより好ましい。溶解阻止剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。

0176

一方、本発明のレジスト材料がネガ型である場合は、架橋剤を添加することによって、露光部の溶解速度を低下させることによりネガティブパターンを得ることができる。前記架橋剤としては、メチロール基アルコキシメチル基及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの基で置換された、エポキシ化合物メラミン化合物グアナミン化合物グリコールウリル化合物又はウレア化合物イソシアネート化合物アジド化合物アルケニルエーテル基等の二重結合を含む化合物等が挙げられる。これらは、添加剤として用いてもよいが、ポリマー側鎖ペンダント基として導入してもよい。また、ヒドロキシ基を含む化合物も架橋剤として用いることができる。

0177

前記エポキシ化合物としては、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリメチロールメタントリグリシジルエーテルトリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリエチロールエタントリグリシジルエーテル等が挙げられる。

0178

前記メラミン化合物としては、ヘキサメチロールメラミンヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1〜6個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜6個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。

0179

グアナミン化合物としては、テトラメチロールグアナミンテトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。

0180

グリコールウリル化合物としては、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜4個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜4個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等が挙げられる。ウレア化合物としてはテトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメチロールウレアの1〜4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメトキシエチルウレア等が挙げられる。

0181

イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネートジフェニルメタンジイソシアネートヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。

0182

アジド化合物としては、1,1'−ビフェニル−4,4'−ビスアジド、4,4'−メチリデンビスアジド、4,4'−オキシビスアジド等が挙げられる。

0183

アルケニルエーテル基を含む化合物としては、エチレングリコールジビニルエーテルトリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2−プロパンジオールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテルヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等が挙げられる。

0184

本発明のレジスト材料がネガ型レジスト材料の場合、架橋剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0.1〜50質量部が好ましく、1〜40質量部がより好ましい。架橋剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。

0185

本発明のレジスト材料には、式(A)で表される化合物以外のクエンチャー(以下、その他のクエンチャーという。)を配合してもよい。前記クエンチャーとしては、従来型塩基性化合物が挙げられる。従来型の塩基性化合物としては、第1級、第2級、第3級の脂肪族アミン類混成アミン類芳香族アミン類複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、ヒドロキシ基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド類イミド類カーバメート類等が挙げられる。特に、特開2008−111103号公報の段落[0146]〜[0164]に記載の第1級、第2級、第3級のアミン化合物、特にはヒドロキシ基、エーテル結合、エステル結合、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル結合を有するアミン化合物あるいは特許第3790649号公報に記載のカーバメート基を有する化合物等が好ましい。このような塩基性化合物を添加することによって、例えば、レジスト膜中での酸の拡散速度を更に抑制したり、形状を補正したりすることができる。

0186

また、その他のクエンチャーとして、特開2008−158339号公報に記載されているα位がフッ素化されていないスルホン酸及びカルボン酸の、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩等のオニウム塩が挙げられる。α位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸又はメチド酸は、カルボン酸エステルの酸不安定基を脱保護させるために必要であるが、α位がフッ素化されていないオニウム塩との塩交換によってα位がフッ素化されていないスルホン酸又はカルボン酸が放出される。α位がフッ素化されていないスルホン酸及びカルボン酸は脱保護反応を起こさないため、クエンチャーとして機能する。オニウム塩型のクエンチャーは光分解性によって露光領域ではクエンチャー性能が低下して酸の活性が向上する。これによってコントラストが向上する。

0187

前記ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物は、未露光部だけでなく露光部においても酸拡散を抑える効果が非常に高い。露光領域では、ヨウ素化又は臭素化フェノール化合物が、ヨウ素化芳香環含有アミン化合物と乖離してアルカリ現像液と塩を形成しながら溶解する。すなわち、過露光部の溶解速度の低下を防ぐことができる。前記ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物と前記オニウム塩型のクエンチャーとを併用することによって、低酸拡散かつ高コントラストな特性をバランスよく実現することもできる。

0188

その他のクエンチャーとしては、更に、特開2008−239918号公報に記載のポリマー型のクエンチャーが挙げられる。これは、コート後レジスト表面配向することによってパターン後のレジスト矩形性を高める。ポリマー型クエンチャーは、液浸露光用の保護膜を適用したときのパターンの膜減りやパターントップラウンディングを防止する効果もある。

0189

本発明のレジスト材料中、その他のクエンチャーの含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜5質量部が好ましく、0〜4質量部がより好ましい。その他のクエンチャーは、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。

0190

本発明のレジスト材料には、スピンコート後のレジスト表面の撥水性を向上させるための撥水性向上剤を配合してもよい。前記撥水性向上剤は、トップコートを用いない液浸リソグラフィーに用いることができる。前記撥水性向上剤としては、フッ化アルキル基を含む高分子化合物特定構造の1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基を含む高分子化合物等が好ましく、特開2007−297590号公報、特開2008−111103号公報等に例示されているものがより好ましい。

0191

前記撥水性向上剤は、アルカリ現像液や有機溶剤現像液に溶解する必要がある。前述した特定の1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール残基を有する撥水性向上剤は、現像液への溶解性が良好である。撥水性向上剤として、アミノ基やアミン塩を含む繰り返し単位を含む高分子化合物は、ポストエクスポージャーベーク(PEB)中の酸の蒸発を防いで現像後のホールパターンの開口不良を防止する効果が高い。撥水性向上剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。

0192

本発明のレジスト材料中、撥水性向上剤の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。

0193

本発明のレジスト材料には、アセチレンアルコール類を配合することもできる。前記アセチレンアルコール類としては、特開2008−122932号公報の段落[0179]〜[0182]に記載されたものが挙げられる。本発明のレジスト材料中、アセチレンアルコール類の含有量は、ベースポリマー100質量部に対し、0〜5質量部が好ましい。

0194

[パターン形成方法]
本発明のレジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができる。

0195

例えば、本発明のレジスト材料を、集積回路製造用の基板(Si、SiO2、SiN、SiON、TiN、WSi、BPSG、SOG、有機反射防止膜等)あるいはマスク回路製造用の基板(Cr、CrO、CrON、MoSi2、SiO2等)上にスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコートスプレーコートドクターコート等の適当な塗布方法により塗布膜厚が0.01〜2μmとなるように塗布する。これをホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間プリベークし、レジスト膜を形成する。

0196

次いで、高エネルギー線を用いて、前記レジスト膜を露光する。前記高エネルギー線としては、紫外線遠紫外線、EB、EUV、X線軟X線エキシマレーザー光γ線シンクロトロン放射線等が挙げられる。前記高エネルギー線として紫外線、遠紫外線、EUV、X線、軟X線、エキシマレーザー光、γ線、シンクロトロン放射線等を用いる場合は、目的のパターンを形成するためのマスクを用いて、露光量が好ましくは1〜200mJ/cm2程度、より好ましくは10〜100mJ/cm2程度となるように照射する。高エネルギー線としてEBを用いる場合は、露光量が好ましくは0.1〜100μC/cm2程度、より好ましくは0.5〜50μC/cm2程度で直接又は目的のパターンを形成するためのマスクを用いて描画する。なお、本発明のレジスト材料は、特に高エネルギー線の中でもKrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、EB、EUV、X線、軟X線、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターニングに好適であり、特にEB又はEUVによる微細パターニングに好適である。

0197

露光後、ホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間PEBを行ってもよい。

0198

露光後又はPEB後、0.1〜10質量%、好ましくは2〜5質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、3秒〜3分間、好ましくは5秒〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により露光したレジスト膜を現像することで、目的のパターンが形成される。ポジ型レジスト材料の場合は、光を照射した部分は現像液に溶解し、露光されなかった部分は溶解せず、基板上に目的のポジ型のパターンが形成される。ネガ型レジスト材料の場合はポジ型レジスト材料の場合とは逆であり、すなわち光を照射した部分は現像液に不溶化し、露光されなかった部分は溶解する。

0199

酸不安定基を含むベースポリマーを含むポジ型レジスト材料を用いて、有機溶剤現像によってネガティブパターンを得るネガティブ現像を行うこともできる。このときに用いる現像液としては、2−オクタノン、2−ノナノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、ジイソブチルケトンメチルシクロヘキサノンアセトフェノンメチルアセトフェノン酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル酢酸ペンチル、酢酸ブテニル、酢酸イソペンチルギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ペンチル、ギ酸イソペンチル、吉草酸メチル、ペンテン酸メチルクロトン酸メチル、クロトン酸エチル、プロピオン酸メチルプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、乳酸ペンチル、乳酸イソペンチル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル安息香酸エチル酢酸フェニル酢酸ベンジルフェニル酢酸メチル、ギ酸ベンジル、ギ酸フェニルエチル3−フェニルプロピオン酸メチル、プロピオン酸ベンジルフェニル酢酸エチル、酢酸2−フェニルエチル等が挙げられる。これらの有機溶剤は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することができる。

0200

現像の終了時には、リンスを行う。リンス液としては、現像液と混溶し、レジスト膜を溶解させない溶剤が好ましい。このような溶剤としては、炭素数3〜10のアルコール、炭素数8〜12のエーテル化合物、炭素数6〜12のアルカンアルケンアルキン芳香族系の溶剤が好ましく用いられる。

0201

具体的に、炭素数3〜10のアルコールとしては、n−プロピルアルコールイソプロピルアルコール、1−ブチルアルコール、2−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール2−ペンタノール、3−ペンタノール、tert−ペンチルアルコール、ネオペンチルアルコール、2−メチル−1−ブタノール3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−3−ペンタノール、シクロペンタノール1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2,3−ジメチル−2−ブタノール、3,3−ジメチル−1−ブタノール、3,3−ジメチル−2−ブタノール、2−エチル−1−ブタノール、2−メチル−1−ペンタノール、2−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−3−ペンタノール、4−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−3−ペンタノール、シクロヘキサノール、1−オクタノール等が挙げられる。

0202

炭素数8〜12のエーテル化合物としては、ジ−n−ブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジ−sec−ブチルエーテル、ジ−n−ペンチルエーテルジイソペンチルエーテル、ジ−sec−ペンチルエーテル、ジ−tert−ペンチルエーテル、ジ−n−ヘキシルエーテル等が挙げられる。

0203

炭素数6〜12のアルカンとしては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、メチルシクロペンタンジメチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジメチルシクロヘキサンシクロヘプタンシクロオクタンシクロノナン等が挙げられる。炭素数6〜12のアルケンとしては、ヘキセンヘプテンオクテンシクロヘキセンメチルシクロヘキセン、ジメチルシクロヘキセン、シクロヘプテンシクロオクテン等が挙げられる。炭素数6〜12のアルキンとしては、ヘキシン、ヘプチン、オクチン等が挙げられる。

0204

芳香族系の溶剤としては、トルエン、キシレンエチルベンゼンイソプロピルベンゼン、tert−ブチルベンゼンメシチレン等が挙げられる。

0205

リンスを行うことによってレジストパターンの倒れ欠陥の発生を低減させることができる。また、リンスは必ずしも必須ではなく、リンスを行わないことによって溶剤の使用量を削減することができる。

0206

現像後のホールパターンやトレンチパターンを、サーマルフロー、RELACS技術又はDSA技術でシュリンクすることもできる。ホールパターン上にシュリンク剤を塗布し、ベーク中のレジスト層からの酸触媒の拡散によってレジストの表面でシュリンク剤の架橋が起こり、シュリンク剤がホールパターンの側壁に付着する。ベーク温度は、好ましくは70〜180℃、より好ましくは80〜170℃であり、時間は、好ましくは10〜300秒であり、余分なシュリンク剤を除去し、ホールパターンを縮小させる。

0207

以下、合成例、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されない。

0208

レジスト材料に用いたクエンチャー1〜32の構造を以下に示す。なお、クエンチャー1〜32は、下記カチオンを与えるヨウ素化芳香環含有アミン化合物と、下記アニオンを与えるヨウ素原子又は臭素原子で置換されたフェノール化合物との中和反応によって製造した。

0209

0210

0211

0212

0213

[合成例]ベースポリマー(ポリマー1〜4)の合成
各モノマーを組み合わせて、溶剤であるTHF中で共重合反応を行い、メタノール晶出し、更にヘキサンで洗浄を繰り返した後、単離、乾燥して、以下に示す組成のベースポリマー(ポリマー1〜4)を得た。得られたベースポリマーの組成は1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPC(溶剤:THF、標準ポリスチレン)により確認した。

0214

0215

[実施例1〜40、比較例1〜7]レジスト材料の調製及びその評価
(1)レジスト材料の調製
波長400nm以下の紫外線をカットしたLED照明下、界面活性剤としてオムノバ社製Polyfox PF-636を100ppm溶解させた溶剤に、表1〜4に示す組成で各成分を溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルター濾過してレジスト材料を調製した。なお、実施例1〜23、実施例25〜40及び比較例1〜6のレジスト材料はポジ型であり、実施例24及び比較例7のレジスト材料はネガ型である。

0216

表1〜4中、各成分は、以下のとおりである。
・有機溶剤:PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
CyH(シクロヘキサノン)
PGME(プロピレングリコールモノメチルエーテル)
DAA(ジアセトンアルコール)

0217

・酸発生剤:PAG1〜6

0218

・比較クエンチャー1〜7

0219

ブレンドクエンチャー1〜3

0220

(2)EUVリソグラフィー評価
表1〜4に示す各レジスト材料を、信越化学工業(株)製ケイ素含有スピンオンハードマスクSHB-A940(ケイ素の含有量が43質量%)を膜厚20nmで形成したSi基板上にスピンコートし、ホットプレートを用いて105℃で60秒間プリベークして膜厚60nmのレジスト膜を作製した。これを、ASML社製EUVスキャナーNXE3300(NA0.33、σ0.9/0.6、クアドポール照明ウエハー上寸法がピッチ46nm、+20%バイアスのホールパターンのマスク)を用いてEUVで露光し、ホットプレート上で表1〜4記載の温度で60秒間PEBを行い、2.38質量%TMAH水溶液で30秒間現像を行って、実施例1〜23、実施例25〜40及び比較例1〜6では寸法23nmのホールパターンを、実施例24及び比較例7では寸法23nmのドットパターンを得た。
(株)日立ハイテクノロジーズ製の測長SEMCG5000)を用いて、ホール又はドット寸法が23nmで形成されるときの露光量を測定してこれを感度とし、また、このときのホール又はドット50個の寸法を測定し、寸法バラツキ(CDU、3σ)を求めた。結果を表1〜4に併記する。

0221

0222

0223

0224

実施例

0225

表1〜4に示した結果より、ヨウ素化芳香環含有アンモニウム塩化合物を含む本発明のレジスト材料は、高感度で、かつCDUが小さいことがわかった。

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