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課題

増感効果が高く、酸拡散を抑える効果も有し、現像後の膜減りを生じさせず、解像性LWR、CDUが良好なレジスト材料、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、及びヨウ素原子又は臭素原子置換されたヒドロカルビル基(ただし、該基中にヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸由来するアニオンと、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物に由来するカチオンとからなる塩を含むレジスト材料。

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の低下を防ぐために、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に、α位がフッ素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)。

ヨウ素原子で置換された芳香族カルボン酸のスルホ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5)。ヨウ素は、EUVの吸収が大きいため露光時にクエンチャーの分解が起こりやすく、かつヨウ素の原子量が大きいため高い酸拡散制御能を有し、これらによって高感度かつ低酸拡散による寸法均一性向上が期待される。

ヨウ素原子で置換されたアニリンをクエンチャーとして含むレジスト材料が提案されている(特許文献6)。この場合、アニリンの塩基性が低いため、酸拡散を抑える効果が不十分である。

スルホニウム塩型及び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芳香族カルボン酸の2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン塩、ビグアニド塩又はホスファゼン塩をクエンチャーとして含むレジスト材料が提案されている(特許文献7)。ヨウ素原子による高い吸収による増感効果及び強塩基である2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物の塩によって、高感度かつ低酸拡散が期待されるが、更なる高感度、低酸拡散を発現する新規コンセプトのレジスト材料開発が求められている。

概要

増感効果が高く、酸拡散を抑える効果も有し、現像後の膜減りを生じさせず、解像性、LWR、CDUが良好なレジスト材料、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、及びヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、該基中にヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸に由来するアニオンと、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物に由来するカチオンとからなる塩を含むレジスト材料。なし

目的

本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、増感効果が高く、酸拡散を抑える効果も有し、現像後の膜減りを生じさせず、解像性、LWR、CDUが良好なレジスト材料、及びこれを用いるパターン形成方法を提供する

効果

実績

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請求項1

ベースポリマー、及びヨウ素原子又は臭素原子置換されたヒドロカルビル基(ただし、該基中にヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸由来するアニオンと、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物に由来するカチオンとからなる塩を含むレジスト材料

請求項2

前記塩が、下記式(A)で表されるものである請求項1記載のレジスト材料。[式中、m及びnは、それぞれ独立に、1〜3の整数である。XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。X1は、単結合エーテル結合エステル結合アミド結合カルボニル基又はカーボネート基である。X2は、単結合、又はヨウ素原子及び臭素原子以外のヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基である。R1は、炭素数1〜20の(n+1)価の脂肪族炭化水素基であり、フッ素原子塩素原子ヒドロキシ基カルボキシ基、炭素数6〜12のアリール基、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、ウレタン結合及びウレア結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。A+は、下記式(A)−1、(A)−2又は(A)−3で表されるカチオンである。(式中、R11〜R13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1〜24のヒドロカルビル基である。R14〜R21は、それぞれ独立に、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R14とR15と、R15とR16と、R16とR17と、R17とR18と、R18とR19と、R19とR20と、又はR20とR21とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間の炭素原子と共に環を形成してもよく、該環の中にエーテル結合を含んでいてもよい。R22〜R29は、それぞれ独立に、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R22とR23と、R23とR24と、R24とR25と、R25とR26と、R26とR27と、又はR27とR28とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間のリン原子と共に環を形成してもよく、R22とR23と、R24とR25と、R26とR27と、又はR28とR29とが合わさって、下記式(A)−3−1で表される基を形成してもよく、R22が水素原子である場合は、R23が下記式(A)−3−2で表される基であってもよい。(式中、R30〜R39は、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R30とR31と、R31とR32と、R32とR33と、R33とR34と、R34とR35と、R36とR37と、又はR38とR39とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間のリン原子と共に環を形成してもよく、また、R30とR31と、R32とR33と、又はR34とR35とが合わさって、式(A)−3−1で表される基を形成してもよい。破線は、結合手である。))]

請求項3

更に、スルホン酸スルホンイミド又はスルホンメチド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。R41及びR42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、フッ素化されたフェニレン基、−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、フッ素化されたフェニレン基、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。R51〜R58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、R53、R54及びR55のいずれか2つ又はR56、R57及びR58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。RHF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の低下を防ぐために、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に、α位がフッ素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

ヨウ素原子で置換された芳香族カルボン酸のスルホ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5)。ヨウ素は、EUVの吸収が大きいため露光時にクエンチャーの分解が起こりやすく、かつヨウ素の原子量が大きいため高い酸拡散制御能を有し、これらによって高感度かつ低酸拡散による寸法均一性向上が期待される。

0007

ヨウ素原子で置換されたアニリンをクエンチャーとして含むレジスト材料が提案されている(特許文献6)。この場合、アニリンの塩基性が低いため、酸拡散を抑える効果が不十分である。

0008

スルホニウム塩型及び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。

0009

ヨウ素原子で置換された芳香族カルボン酸の2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン塩、ビグアニド塩又はホスファゼン塩をクエンチャーとして含むレジスト材料が提案されている(特許文献7)。ヨウ素原子による高い吸収による増感効果及び強塩基である2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物の塩によって、高感度かつ低酸拡散が期待されるが、更なる高感度、低酸拡散を発現する新規コンセプトのレジスト材料開発が求められている。

先行技術

0010

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2017−219836号公報
特開2018−097356号公報
特開2018−049264号公報

発明が解決しようとする課題

0011

短波長になればなるほど光のエネルギー密度が増加するため、露光によって発生するフォトン数が減少する。フォトンバラツキが、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)のバラツキを生む要因となっている。露光量を上げていくとフォトンの数が増加し、フォトンのバラツキが小さくなっていく。これによって、感度と解像性、LWR、CDUのトレードオフの関係が存在している。特に、EUVリソグラフィー用レジスト材料においては、低感度である方がLWRとCDUが良好な傾向にある。

0012

酸の拡散の増大によっても、解像性、LWR、CDUが劣化する。酸拡散は像ぼけの原因であり、レジスト膜中の酸の拡散は不均一に進行するためである。酸拡散を小さくするためには、ポストエクスポージャーベーク(PEB)温度を下げたり、拡散しにくいバルキーな酸を適用したり、クエンチャーの添加量を増やしたりすることが効果的である。しかしながら、これらの酸拡散を小さくする方法では、いずれにおいても感度が低下する。フォトンのバラツキを小さくする方法、酸拡散のバラツキを小さくする方法のいずれにおいてもレジストの感度が低くなる。

0013

本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、増感効果が高く、酸拡散を抑える効果も有し、現像後の膜減りを生じさせず、解像性、LWR、CDUが良好なレジスト材料、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

0014

酸の発生効率一段と高めることができ、かつ酸拡散を一段と抑えることができれば、感度と解像性、LWR、CDUのトレードオフの関係を打破することが可能となる。

0015

本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、該基中にヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸と、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物とからなる塩をレジスト材料に添加することによって、増感効果が高く、酸拡散を抑える効果も有し、高感度かつLWR及びCDUが小さいフォトレジスト膜が得られることを見出し、本発明を完成させた。

0016

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
ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、該基中にヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸に由来するアニオンと、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物に由来するカチオンとからなる塩
を含むレジスト材料。
2.前記塩が、下記式(A)で表されるものである1のレジスト材料。



[式中、m及びnは、それぞれ独立に、1〜3の整数である。
XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。
X1は、単結合エーテル結合エステル結合アミド結合カルボニル基又はカーボネート基である。
X2は、単結合、又はヨウ素原子及び臭素原子以外のヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基である。
R1は、炭素数1〜20の(n+1)価の脂肪族炭化水素基であり、フッ素原子塩素原子ヒドロキシ基カルボキシ基、炭素数6〜12のアリール基、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、ウレタン結合及びウレア結合から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
A+は、下記式(A)−1、(A)−2又は(A)−3で表されるカチオンである。



(式中、R11〜R13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1〜24のヒドロカルビル基である。
R14〜R21は、それぞれ独立に、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R14とR15と、R15とR16と、R16とR17と、R17とR18と、R18とR19と、R19とR20と、又はR20とR21とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間の炭素原子と共に環を形成してもよく、該環の中にエーテル結合を含んでいてもよい。
R22〜R29は、それぞれ独立に、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R22とR23と、R23とR24と、R24とR25と、R25とR26と、R26とR27と、又はR27とR28とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間のリン原子と共に環を形成してもよく、R22とR23と、R24とR25と、R26とR27と、又はR28とR29とが合わさって、下記式(A)−3−1で表される基を形成してもよく、R22が水素原子である場合は、R23が下記式(A)−3−2で表される基であってもよい。



(式中、R30〜R39は、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R30とR31と、R31とR32と、R32とR33と、R33とR34と、R34とR35と、R36とR37と、又はR38とR39とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間のリン原子と共に環を形成してもよく、また、R30とR31と、R32とR33と、又はR34とR35とが合わさって、式(A)−3−1で表される基を形成してもよい。破線は、結合手である。))]
3.更に、スルホン酸、スルホンイミド又はスルホンメチド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。R41及びR42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、フッ素化されたフェニレン基、−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、フッ素化されたフェニレン基、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。
R51〜R58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、R53、R54及びR55のいずれか2つ又はR56、R57及びR58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。
RHF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

0017

ヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、該基中にヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸と、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物とからなる塩は、光吸収の大きいヨウ素原子又は臭素原子を含んでいるため、露光中にこれから発生する二次電子による増感効果を有する。さらに、強塩基性でバルキーな2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物は、酸拡散を抑える効果が高く、溶解コントラストが高いため、これを含むフォトレジスト膜は、アルカリ水溶液現像におけるポジ型レジスト膜及びネガ型レジスト膜並びに有機溶剤現像におけるネガ型レジスト膜として、優れた解像性と広いフォーカスマージンを有し、特に高感度かつLWRやCDUが小さいという特徴を有する。

0018

[レジスト材料]
本発明のレジスト材料は、ベースポリマー、及びヨウ素原子又は臭素原子で置換されたヒドロカルビル基(ただし、該基中にヨウ素原子又は臭素原子で置換された芳香環を含まない。)を有するカルボン酸(以下、ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸ともいう。)に由来するアニオンと、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物に由来するカチオンとからなる塩(以下、これらを総称してヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩ともいう。)を含むものである。

0019

前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩は、酸発生剤から発生したスルホン酸、スルホンイミド又はスルホンメチド、特にフッ素化されたアルキル基を有するスルホン酸、ビススルホンイミド又はトリススホンメチドとイオン交換を起こし、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物のカチオン、ビグアニド化合物のカチオン又はホスファゼン化合物のカチオンがフッ素化されたアルキル基を有するスルホン酸、ビススルホンイミド又はトリススルホンメチドと塩を形成し、ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸が放出される。2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物は、酸の捕集能力と酸拡散を抑える効果が高い。すなわち、本発明のレジスト材料において、前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩は、クエンチャーとして機能する。前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩は感光性がなく、光によって前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩が分解されることがないため、露光部分でも十分な酸を捕捉する能力がある。よって、露光部から未露光部への酸の拡散を抑えることができる。

0020

本発明のレジスト材料には、前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩のほかに、他のアミン化合物アンモニウム塩、スルホニウム塩又はヨードニウム塩をクエンチャーとして別途添加してもよい。このとき、クエンチャーとして添加するアンモニウム塩、スルホニウム塩、ヨードニウム塩としては、カルボン酸、スルホン酸、スルホンアミド又はサッカリンのアンモニウム塩、スルホニウム塩又はヨードニウム塩が適当である。このときのカルボン酸はα位がフッ素化されていてもいなくてもよい。

0021

前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩から選ばれる塩による酸拡散抑制効果及びコントラスト向上効果は、アルカリ水溶液現像によるポジティブパターン形成、ネガティブパターン形成においても、有機溶剤現像におけるネガティブパターン形成のどちらにおいても有効である。

0022

[ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩]
前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩としては、下記式(A)で表されるものが好ましい。

0023

式(A)中、m及びnは、それぞれ独立に、1〜3の整数である。

0024

式(A)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子である。

0025

式(A)中、X1は、単結合、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、カルボニル基又はカーボネート基である。

0026

式(A)中、X2は、単結合、又はヨウ素原子及び臭素原子以外のヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の(m+1)価の炭化水素基である。

0027

式(A)中、R1は、炭素数1〜20の(n+1)価の脂肪族炭化水素基である。前記脂肪族炭化水素基は、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、メタンジイル基エタン−1,1−ジイル基、エタン−1,2−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、ブタン−1,1−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−2,3−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、1,1−ジメチルエタン−1,2−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、2−メチルブタン−1,2−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プロパン−1,1−ジイル基、シクロプロパン−1,2−ジイル基、シクロブタン−1,1−ジイル基、シクロブタン−1,2−ジイル基、シクロブタン−1,3−ジイル基、シクロペンタン−1,1−ジイル基、シクロペンタン−1,2−ジイル基、シクロペンタン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,1−ジイル基、シクロヘキサン−1,2−ジイル基、シクロヘキサン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基等のシクロアルカンジイル基;ノルボルナン−2,3−ジイル基、ノルボルナン−2,6−ジイル基等の2価多環式飽和炭化水素基;2−プロペン−1,1−ジイル基等のアルケンジイル基;2−プロピン−1,1−ジイル基等のアルキンジイル基;2−シクロヘキセン−1,2−ジイル基、2−シクロヘキセン−1,3−ジイル基、3−シクロヘキセン−1,2−ジイル基等のシクロアルケンジイル基;5−ノルボルネン−2,3−ジイル基等の2価多環式不飽和炭化水素基シクロペンチルメタンジイル基、シクロヘキシルメタンジイル基、2−シクロペンテニルメタンジイル基、3−シクロペンテニルメタンジイル基、2−シクロヘキセニルメタンジイル基、3−シクロヘキセニルメタンジイル基等の環式脂肪族炭化水素基で置換されたアルカンジイル基;これらの基から更に1又は2個の水素原子が脱離して得られる3価又は4価の基等が挙げられる。

0028

また、これらの基の水素原子の一部又は全部が、フッ素原子、塩素原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数6〜12のアリール基で置換されていてもよく、これらの基の炭素−炭素結合間にエーテル結合、エステル結合、カルボニル基、アミド結合、カーボネート基、ウレタン結合及びウレア結合から選ばれる少なくとも1種が介在していてもよい。前記炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、フルオレニル基等が挙げられる。

0029

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

0030

0031

0032

0033

0034

0035

0036

0037

0038

0039

0040

0041

式(A)中、A+は、下記式(A)−1、(A)−2又は(A)−3で表されるカチオンである。

0042

式(A)−1中、R11〜R13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1〜24のヒドロカルビル基である。

0043

式(A)−2中、R14〜R21は、それぞれ独立に、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R14とR15と、R15とR16と、R16とR17と、R17とR18と、R18とR19と、R19とR20と、又はR20とR21とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間の炭素原子と共に環を形成してもよく、該環の中にエーテル結合を含んでいてもよい。

0044

式(A)−3中、R22〜R29は、それぞれ独立に、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R22とR23と、R23とR24と、R24とR25と、R25とR26と、R26とR27と、又はR27とR28とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間のリン原子と共に環を形成してもよく、R22とR23と、R24とR25と、R26とR27と、又はR28とR29とが合わさって、下記式(A)−3−1で表される基を形成してもよく、R22が水素原子である場合は、R23が下記式(A)−3−2で表される基であってもよい。

0045

式(A)−3−1及び(A)−3−2中、R30〜R39は、水素原子、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1〜24のヒドロカルビル基であり、R30とR31と、R31とR32と、R32とR33と、R33とR34と、R34とR35と、R36とR37と、又はR38とR39とが、互いに結合してこれらが結合する窒素原子と共に、又はこれらが結合する窒素原子とその間のリン原子と共に環を形成してもよく、また、R30とR31と、R32とR33と、又はR34とR35とが合わさって、式(A)−3−1で表される基を形成してもよい。破線は、結合手である。

0046

前記炭素数1〜24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−へプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基等のアルキル基;シクロプロピル基シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、ノルボルニル基アダマンチル基等の環式飽和ヒドロカルビル基ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、ペンテニル基ヘキセニル基等のアルケニル基エチニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基ヘキシニル基等のアルキニル基;シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の環式不飽和脂肪族ヒドロカルビル基;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、フルオレニル基等のアリール基;ベンジル基フェネチル基、ナフチルメチル基フルオレ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、ハロゲン原子、スルホン基アミノ基、ヒドロキシ基、チオール基ニトロ基、エステル結合、エーテル結合、スルフィド結合スルホキシド基、カーボネート基、カーバメート基、アミド結合等を含んでいてもよい。

0047

式(A)−1で表される2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカンカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0048

式(A)−2で表されるビグアニドカチオンとして、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0049

0050

0051

式(A)−3で表されるホスファゼンカチオンとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

0052

0053

0054

カチオン化した2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物において、プラス電荷は、複数の窒素原子に非局在化している。このため、スルホン酸アニオン、スルホンイミドアニオン、スルホンメチドアニオントラップして中和するポイントが至る所に存在し、これによって素早くアニオンをトラップすることができる。カチオン化した2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物及びホスファゼン化合物は、塩基性度が高く、高いトラップ能を有している優れたクエンチャーである。

0055

前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩の合成方法としては、2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物と、ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸とを混合する方法が挙げられる。

0056

前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩は、分子内に原子量が大きいヨウ素原子又は臭素原子を有しているため、EUV及びEBの吸収が大きい。ヨウ素原子及び臭素原子は分子内に多くの電子軌道を有しているため、EUV露光によって二次電子が発生する。発生した二次電子が酸発生剤にエネルギー移動することによって、高い増感効果を得ることができる。これによって、高感度かつ低酸拡散を実現することができ、LWR又はCDUと感度との両方の性能を向上することが可能になる。

0057

本発明のレジスト材料中、前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩の含有量は、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、0.01〜20質量部がより好ましい。

0058

[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、酸不安定基を有する繰り返し単位を含む。前記酸不安定基を有する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。

0059

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。R41及びR42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、R41及びR42は、互いに同一であっても異なっていてもよい。

0060

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R41は、前記と同じである。

0061

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R42は、前記と同じである。

0062

式(a1)及び(a2)中、R41及びR42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。

0063

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。



(式中、破線は、結合手である。)

0064

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の飽和ヒドロカルビル基が好ましく、炭素数1〜20の飽和ヒドロカルビル基がより好ましい。

0065

式(AL−1)中、aは、0〜10の整数であり、1〜5の整数が好ましい。

0066

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の飽和ヒドロカルビル基が好ましい。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。

0067

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の飽和ヒドロカルビル基が好ましい。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。

0068

前記ベースポリマーは、密着性基としてフェノール性ヒドロキシ基を有する繰り返し単位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。

0069

前記ベースポリマーは、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。

0070

0071

0072

0073

0074

0075

0076

0077

0078

前記ベースポリマーは、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。

0079

前記ベースポリマーは、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。

0080

前記ベースポリマーは、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。

0081

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、フッ素化されたフェニレン基、−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、フッ素化されたフェニレン基、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。

0082

式(f1)〜(f3)中、R51〜R58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。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、R53、R54及びR55のいずれか2つ又はR56、R57及びR58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。

0083

式(f2)中、RHFは、水素原子又はトリフルオロメチル基である。

0084

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)イミドイオン等のスルホンイミドイオン;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)メチドイオン等のスルホンメチドイオンが挙げられる。

0085

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及びβ位がフッ素で置換されたスルホン酸イオン等が挙げられる。

0086

式(f1−1)中、R61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。

0087

式(f1−2)中、R62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。

0088

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。

0089

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。

0090

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。

0091

0092

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。

0093

0094

0095

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。

0096

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。

0097

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。

0098

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。

0099

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。

0100

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。

0101

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。

0102

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。

0103

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。

0104

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に、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。

0105

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。

0106

[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、前述したヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩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。

0107

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、スルホンイミド又はスルホンメチド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。

0108

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。

0109

式(1−1)及び(1−2)中、R101〜R105は、それぞれ独立に、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、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。

0110

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、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の環式飽和ヒドロカルビル基;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の環式不飽和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。

0111

また、R101とR102とが結合して、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。)

0112

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。

0113

0114

0115

0116

0117

0118

0119

0120

0121

0122

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。

0123

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。

0124

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。

0125

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。

0126

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。

0127

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。

0128

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。

0129

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。

0130

0131

0132

0133

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。

0134

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。

0135

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。

0136

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。

0137

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。

0138

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。

0139

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。

0140

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。

0141

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。

0142

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。前記ヘテロ原子としては、酸素原子が好ましい。

0143

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。

0144

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。

0145

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。

0146

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。

0147

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。

0148

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含むアニオンを有する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。

0149

式(3−1)及び(3−2)中、rは、1≦r≦3を満たす整数である。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。

0150

式(3−1)及び(3−2)中、XBIは、ヨウ素原子又は臭素原子であり、r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。

0151

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。

0152

式(3−1)及び(3−2)中、L2は、r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、rが2又は3のときは炭素数1〜20の(r+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。

0153

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−N(R401A)−C(=O)−R401B若しくは−N(R401A)−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。r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。

0154

これらのうち、R401としては、ヒドロキシ基、−N(R401A)−C(=O)−R401B、−N(R401A)−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。

0155

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。

0156

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。

0157

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。

0158

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。

0159

0160

0161

0162

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0164

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0169

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0173

0174

0175

0176

0177

0178

0179

0180

0181

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/又は本発明のレジスト材料が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。

0182

[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。

0183

本発明のレジスト材料中、前記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。

0184

[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。

0185

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、前記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。

0186

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。

0187

本発明のレジスト材料がポジ型レジスト材料の場合、前記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。前記溶解阻止剤は、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。

0188

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、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オキシ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。

0189

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。

0190

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。

0191

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。

0192

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。

0193

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。

0194

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。

0195

アルケニルオキシ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。

0196

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、0〜50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。

0197

本発明のレジスト材料には、前述したヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩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。

0198

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、スルホンイミド又はスルホンメチドは、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に、クエンチャーとして機能する。

0199

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の矩形性を高める。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。

0200

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。

0201

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ポリマー、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ポリマー等が好ましく、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。前記撥水性向上剤は、アルカリ現像液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ポリマーは、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。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。前記撥水性向上剤は、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。

0202

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。

0203

[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。例えば、パターン形成方法としては、前述した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、現像液を用いて露光したレジスト膜を現像する工程とを含む方法が挙げられる。

0204

まず、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0.1〜2μm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。

0205

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程度で目的のパターンを形成するためのマスクを用いて又は直接描画する。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。

0206

露光後、ホットプレート上又はオーブン中で、好ましくは30〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは50〜120℃、30秒〜20分間PEBを行ってもよい。

0207

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。

0208

酸不安定基を有する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。

0209

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。

0210

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。

0211

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。

0212

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。

0213

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。

0214

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。

0215

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。

0216

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、本発明は下記実施例に限定されない。

0217

本発明のレジスト材料で使用したクエンチャー1〜24の構造を以下に示す。クエンチャー1〜24は、それぞれ下記アニオンを与えるヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸と、下記カチオンを与える2,5,8,9−テトラアザ−1−ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン化合物、ビグアニド化合物又はホスファゼン化合物とをメタノール中で等モル混合し、メタノールを蒸発させることで製造した。

0218

0219

0220

0221

[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、メタノールに晶出し、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。

0222

[実施例1〜27、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
界面活性剤としてスリエム社製界面活性剤FC-4430を100ppm溶解させた溶剤に、表1〜3に示される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1〜26及び比較例1〜6のレジスト材料はポジ型であり、実施例27及び比較例7のレジスト材料はネガ型である。

0223

表1〜3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)

0224

・酸発生剤:PAG1〜6

0225

・添加クエンチャー1〜4

0226

・比較クエンチャー1〜6

0227

(2)EUVリソグラフィー評価
表1〜3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50nm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1〜3に記載の温度で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1〜26及び比較例1〜6では寸法23nmのホールパターンを、実施例27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1〜3に併記する。

0228

0229

0230

実施例

0231

表1〜3に示した結果より、前記ヨウ素化又は臭素化ヒドロカルビル基含有カルボン酸塩を含む本発明のレジスト材料は、高感度であり、CDUが小さいことがわかった。

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