(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で示される酸不安定基によりカルボキシル基が保護された構造を有する繰り返し単位（ａ１）とアミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）とを含有する高分子化合物［Ａ］と、光酸発生剤［Ｂ］と、有機溶剤［Ｃ］とを共に含むレジスト組成物を基板に塗布し、塗布後加熱処理をして作製したレジスト膜を高エネルギー線で露光し、露光後加熱処理を施した後に、有機溶剤を含有する現像液によりレジスト膜の未露光部分を選択的に溶解させることを特徴とするネガ型パターン形成方法。
【化１】
0005682542.tif 000043
（式中、Ｒ1はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。Ｒ2、Ｒ3は酸不安定基を示す。ｋ1は０又は１であり、ｋ1が０の場合、Ｌｎ1は単結合、又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状の２価の炭化水素基を示す。ｋ1が１の場合、Ｌｎ1はヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状の３価の炭化水素基を示す。）
【請求項２】
上記一般式（１）中の酸不安定基Ｒ2、Ｒ3のいずれか一方又は両方が、下記一般式（２）で表される構造であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【化２】
0005682542.tif 000044
（式中、破線は結合手を示す。Ｒ4は炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。ｎは０又は１である。）
【請求項３】
高分子化合物［Ａ］に含まれるアミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）が、下記一般式（３）で表される構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
【化３】
0005682542.tif 000045
（式中、Ｒ5は水素原子又はメチル基を示す。Ｘ1は単結合又は酸素原子を含んでよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の２価炭化水素基である。Ｒ6、Ｒ7はそれぞれ独立に水素原子であるか、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を表し、１価炭化水素基上の水素原子の１つ又は複数がフッ素原子で置換されていてもよい。また、Ｒ6、Ｒ7が相互に結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。また、Ｒ6、Ｒ7のどちらか一方又は両方がＸ1と結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。）
【請求項４】
高分子化合物［Ａ］に含まれるアミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）が、下記一般式（４）で表される構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
【化４】
0005682542.tif 000046
（式中、Ｒ8は水素原子又はメチル基を示す。Ｘ2は単結合又は酸素原子を含んでよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の２価炭化水素基である。Ｒ9は水素原子であるか、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を表し、１価炭化水素基上の水素原子の１つ又は複数がフッ素原子で置換されていてもよい。また、Ｒ9がＸ2と結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。Ｒ10はヘテロ原子を含んでもよい炭素数３〜１５の１価炭化水素基である。）
【請求項５】
高分子化合物［Ａ］が、更に密着性基として水酸基、カルボキシル基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、炭酸エステル基、スルホン酸エステル基から選ばれる極性官能基を有する繰り返し単位を含有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
現像液が、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、２−メチルシクロヘキサノン、３−メチルシクロヘキサノン、４−メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、２’−メチルアセトフェノン、４’−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、酢酸アミル、酢酸ブテニル、酢酸イソアミル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、蟻酸イソブチル、蟻酸アミル、蟻酸イソアミル、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、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、乳酸アミル、乳酸イソアミル、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、蟻酸ベンジル、蟻酸フェニルエチル、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−フェニルエチルから選ばれる１種以上の有機溶剤を含有し、これら有機溶剤の総濃度が現像液総量に対して６０質量％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
高エネルギー線による露光が、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーによる液浸リソグラフィー、又は波長１３．５ｎｍのＥＵＶリソグラフィーであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定のレジスト組成物を用いて、成膜、露光後に加熱することにより、光酸発生剤より発生した酸を触媒とする脱保護反応を行い、未露光部分を溶解し、露光部分を溶解しない有機溶剤による現像を行うネガ型パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光では、光源の波長に由来する本質的な解像度の限界に近づきつつある。レジストパターン形成の際に使用する露光光として、１９８０年代には水銀灯のｇ線（４３６ｎｍ）もしくはｉ線（３６５ｎｍ）を光源とする光露光が広く用いられた。更なる微細化のための手段として、露光波長を短波長化する方法が有効とされ、１９９０年代の６４Ｍビット（加工寸法が０．２５μｍ以下）ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー）以降の量産プロセスには、露光光源としてｉ線（３６５ｎｍ）に代わって短波長のＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）が利用された。しかし、更に微細な加工技術（加工寸法が０．２μｍ以下）を必要とする集積度２５６Ｍ及び１Ｇ以上のＤＲＡＭの製造には、より短波長の光源が必要とされ、１０年ほど前からＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）を用いたフォトリソグラフィーが本格的に検討されてきた。当初ＡｒＦリソグラフィーは１８０ｎｍノードのデバイス作製から適用されるはずであったが、ＫｒＦリソグラフィーは１３０ｎｍノードデバイス量産まで延命され、ＡｒＦリソグラフィーの本格適用は９０ｎｍノードからである。更に、ＮＡを０．９にまで高めたレンズと組み合わせて６５ｎｍノードデバイスの検討が行われている。次の４５ｎｍノードデバイスには露光波長の短波長化が推し進められ、波長１５７ｎｍのＦ2リソグラフィーが候補に挙がった。しかしながら、投影レンズに高価なＣａＦ2単結晶を大量に用いることによるスキャナーのコストアップ、ソフトペリクルの耐久性が極めて低いためのハードペリクル導入に伴う光学系の変更、レジスト膜のエッチング耐性低下等の種々問題により、Ｆ2リソグラフィーの開発が中止され、ＡｒＦ液浸リソグラフィーが導入された。
【０００３】
ＡｒＦ液浸リソグラフィーにおいては、投影レンズとウエハーの間に屈折率１．４４の水がパーシャルフィル方式によって挿入され、これによって高速スキャンが可能となり、ＮＡ１．３級のレンズによって４５ｎｍノードデバイスの量産が行われている。
【０００４】
３２ｎｍノードのリソグラフィー技術としては、波長１３．５ｎｍの真空紫外光（ＥＵＶ）リソグラフィーが候補に挙げられている。ＥＵＶリソグラフィーの問題点としてはレーザーの高出力化、レジスト膜の高感度化、高解像度化、低エッジラフネス（ＬＥＲ、ＬＷＲ）化、無欠陥ＭｏＳｉ積層マスク、反射ミラーの低収差化等が挙げられ、克服すべき問題が山積している。
【０００５】
３２ｎｍノードのもう一つの候補の高屈折率液浸リソグラフィーは、高屈折率レンズ候補であるＬＵＡＧの透過率が低いことと、液体の屈折率が目標の１．８に届かなかったことによって開発が中止された。
【０００６】
ここで最近注目を浴びているのは１回目の露光と現像でパターンを形成し、２回目の露光で１回目のパターンの丁度間にパターンを形成するダブルパターニングプロセスである。ダブルパターニングの方法としては多くのプロセスが提案されている。例えば、１回目の露光と現像でラインとスペースが１：３の間隔のフォトレジストパターンを形成し、ドライエッチングで下層のハードマスクを加工し、その上にハードマスクをもう１層敷いて１回目の露光のスペース部分にフォトレジスト膜の露光と現像でラインパターンを形成してハードマスクをドライエッチングで加工して初めのパターンのピッチの半分のラインアンドスペースパターンを形成する方法である。また、１回目の露光と現像でスペースとラインが１：３の間隔のフォトレジストパターンを形成し、下層のハードマスクをドライエッチングで加工し、その上にフォトレジスト膜を塗布してハードマスクが残っている部分に２回目のスペースパターンを露光しハードマスクをドライエッチングで加工する。いずれも２回のドライエッチングでハードマスクを加工する。
【０００７】
ラインパターンに比べてホールパターンは微細化が困難である。従来法で細かなホールを形成するために、ポジ型レジスト膜にホールパターンマスクを組み合わせてアンダー露光で形成しようとすると、露光マージンが極めて狭くなってしまう。そこで、大きなサイズのホールを形成し、サーマルフローやＲＥＬＡＣＳTM法等で現像後のホールをシュリンクする方法が提案されている。しかしながら、ホールシュリンク法ではホールのサイズは縮小可能であるがピッチを狭くすることはできない。
ポジ型レジスト膜を用いてダイポール照明によりＸ方向のラインパターンを形成し、レジストパターンを硬化させ、その上にもう一度レジスト組成物を塗布し、ダイポール照明でＹ方向のラインパターンを露光し、格子状ラインパターンの隙間よりホールパターンを形成する方法（非特許文献１：Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ５３７７，  ｐ．２５５（２００４））が提案されている。高コントラストなダイポール照明によるＸ、Ｙラインを組み合わせることによって広いマージンでホールパターンを形成できるが、上下に組み合わされたラインパターンを寸法精度高くエッチングすることはむずかしい。Ｘ方向ラインのレベンソン型位相シフトマスクとＹ方向ラインのレベンソン型位相シフトマスクを組み合わせてネガ型レジスト膜を露光してホールパターンを形成する方法が提案されている（非特許文献２：ＩＥＥＥ  ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈ．  Ｄｉｇｅｓｔ  ６１（１９９６））。但し、架橋型ネガ型レジスト膜は超微細ホールの限界解像度がブリッジマージンで決まるために、解像力がポジ型レジスト膜に比べて低い欠点がある。
【０００８】
Ｘ方向のラインとＹ方向のラインの２回露光を組み合わせて露光し、これを画像反転によってネガパターンにすることによって形成されるホールパターンは、高コントラストなラインパターンの光を用いることによって形成が可能であるために、従来の方法よりもより狭ピッチでかつ微細なホールを開口できる。
【０００９】
非特許文献３（Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ７２７４，  ｐ．７２７４０Ｎ（２００９））では、以下３つの方法による画像反転によるホールパターンの作製が報告されている。
即ち、ポジ型レジスト組成物のＸ、Ｙラインのダブルダイポールの２回露光によりドットパターンを作製し、この上にＬＰＣＶＤでＳｉＯ2膜を形成し、Ｏ2−ＲＩＥでドットをホールに反転させる方法、加熱によってアルカリ可溶で溶剤不溶になる特性のレジスト組成物を用いて同じ方法でドットパターンを形成し、この上にフェノール系のオーバーコート膜を塗布してアルカリ現像によって画像反転させてホールパターンを形成する方法、ポジ型レジスト組成物を用いてダブルダイポール露光、有機溶剤現像による画像反転によってホールを形成する方法である。
【００１０】
ここで、有機溶剤現像によるネガパターンの作製は古くから用いられている手法である。環化ゴム系のレジスト組成物はキシレン等のアルケンを現像液として用いており、ポリ−ｔ−ブトキシカルボニルオキシスチレンベースの初期の化学増幅型レジスト組成物はアニソールを現像液としてネガパターンを得ていた。
【００１１】
近年、有機溶剤現像が再び脚光を浴びている。ポジティブトーンでは達成できない非常に微細なトレンチパターンやホールパターンをネガティブトーンの露光で解像するために、解像性の高いポジ型レジスト組成物を用いた有機溶剤現像でネガパターンを形成するのである。更に、アルカリ現像と有機溶剤現像の２回の現像を組み合わせることにより、２倍の解像力を得る検討も進められている。
有機溶剤によるネガティブトーン現像用のＡｒＦレジスト組成物としては、従来型のポジ型ＡｒＦレジスト組成物を用いることができ、特許文献１〜６（特開２００８−２８１９７４号公報、特開２００８−２８１９７５号公報、特開２００８−２８１９８０号公報、特開２００９−５３６５７号公報、特開２００９−２５７０７号公報、特開２００９−２５７２３号公報）にパターン形成方法が示されている。
【００１２】
しかし、一般にアルカリ水溶液によるポジ型現像に比べて、有機溶剤によるネガ型現像の溶解コントラストは低く、アルカリ現像液の場合、未露光部と露光部のアルカリ溶解速度の割合は１，０００倍以上の違いがあるが、有機溶剤現像の場合は１０倍程度の違いしかない。ネガ型現像の場合、溶解コントラストの不足はレジスト膜表層の難溶化に繋がるため、トレンチパターンやホールパターンの閉口による焦点深度（ＤＯＦ）の低下を招き易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２８１９７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２８１９７５号公報
【特許文献３】特開２００８−２８１９８０号公報
【特許文献４】特開２００９−５３６５７号公報
【特許文献５】特開２００９−２５７０７号公報
【特許文献６】特開２００９−２５７２３号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ５３７７，  ｐ．２５５（２００４）
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈ．  Ｄｉｇｅｓｔ  ６１（１９９６）
【非特許文献３】Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ７２７４，  ｐ．７２７４０Ｎ（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、有機溶剤現像における表面難溶化を防ぐことができるレジスト組成物を用いることで、トレンチパターンやホールパターンについて広い焦点深度が得られるネガ型パターン形成方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、特定の構造の高分子化合物と光酸発生剤と有機溶剤を含むレジスト組成物が、有機溶剤現像において高い解像性と良好なパターン形状を示し、トレンチパターンやホールパターンについて広い焦点深度特性を示すことを知見した。
【００１７】
本発明は、下記のネガ型パターン形成方法を提供する。
〔１〕
下記一般式（１）で示される酸不安定基によりカルボキシル基が保護された構造を有する繰り返し単位（ａ１）とアミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）とを含有する高分子化合物［Ａ］と、光酸発生剤［Ｂ］と、有機溶剤［Ｃ］とを共に含むレジスト組成物を基板に塗布し、塗布後加熱処理をして作製したレジスト膜を高エネルギー線で露光し、露光後加熱処理を施した後に、有機溶剤を含有する現像液によりレジスト膜の未露光部分を選択的に溶解させることを特徴とするネガ型パターン形成方法。
【化１】
0005682542.tif 000002
（式中、Ｒ1はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。Ｒ2、Ｒ3は酸不安定基を示す。ｋ1は０又は１であり、ｋ1が０の場合、Ｌｎ1は単結合、又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状の２価の炭化水素基を示す。ｋ1が１の場合、Ｌｎ1はヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状の３価の炭化水素基を示す。）
〔２〕
上記一般式（１）中の酸不安定基Ｒ2、Ｒ3のいずれか一方又は両方が、下記一般式（２）で表される構造であることを特徴とする〔１〕に記載のパターン形成方法。
【化２】
0005682542.tif 000003
（式中、破線は結合手を示す。Ｒ4は炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。ｎは０又は１である。）
〔３〕
高分子化合物［Ａ］に含まれるアミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）が、下記一般式（３）で表される構造であることを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載のパターン形成方法。
【化３】
0005682542.tif 000004
（式中、Ｒ5は水素原子又はメチル基を示す。Ｘ1は単結合又は酸素原子を含んでよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の２価炭化水素基である。Ｒ6、Ｒ7はそれぞれ独立に水素原子であるか、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を表し、１価炭化水素基上の水素原子の１つ又は複数がフッ素原子で置換されていてもよい。また、Ｒ6、Ｒ7が相互に結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。また、Ｒ6、Ｒ7のどちらか一方又は両方がＸ1と結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。）
〔４〕
高分子化合物［Ａ］に含まれるアミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）が、下記一般式（４）で表される構造であることを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載のパターン形成方法。
【化４】
0005682542.tif 000005
（式中、Ｒ8は水素原子又はメチル基を示す。Ｘ2は単結合又は酸素原子を含んでよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の２価炭化水素基である。Ｒ9は水素原子であるか、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を表し、１価炭化水素基上の水素原子の１つ又は複数がフッ素原子で置換されていてもよい。また、Ｒ9がＸ2と結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。Ｒ10はヘテロ原子を含んでもよい炭素数３〜１５の１価炭化水素基である。）
〔５〕
高分子化合物［Ａ］が、更に密着性基として水酸基、カルボキシル基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、炭酸エステル基、スルホン酸エステル基から選ばれる極性官能基を有する繰り返し単位を含有する〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のパターン形成方法。
〔６〕
現像液が、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、２−メチルシクロヘキサノン、３−メチルシクロヘキサノン、４−メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、２’−メチルアセトフェノン、４’−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、酢酸アミル、酢酸ブテニル、酢酸イソアミル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、蟻酸イソブチル、蟻酸アミル、蟻酸イソアミル、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、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、乳酸アミル、乳酸イソアミル、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、蟻酸ベンジル、蟻酸フェニルエチル、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−フェニルエチルから選ばれる１種以上の有機溶剤を含有し、これら有機溶剤の総濃度が現像液総量に対して６０質量％以上であることを特徴とする〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載のパターン形成方法。
〔７〕
高エネルギー線による露光が、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーによる液浸リソグラフィー、又は波長１３．５ｎｍのＥＵＶリソグラフィーであることを特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載のパターン形成方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の特定の構造の高分子化合物と光酸発生剤と有機溶剤を含むレジスト組成物を有機溶剤ネガ現像と組み合わせることで表面難溶層の形成を防ぎ、微細トレンチパターンやホールパターンの広い焦点深度を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るパターニング方法を説明するもので、（Ａ）は基板上にフォトレジスト膜を形成した状態の断面図、（Ｂ）はフォトレジスト膜に露光した状態の断面図、（Ｃ）は有機溶剤で現像した状態の断面図である。
【図２】波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いたＮＡ１．３レンズ、ダイポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、ｓ偏光でのピッチ９０ｎｍ、ラインサイズ４５ｎｍのＸ方向ラインの光学像を示す。
【図３】同Ｙ方向ラインの光学像を示す。
【図４】図３のＹ方向ラインと図２のＸ方向ラインの光学像を重ねたコントラストイメージを示す。
【図５】格子状のパターンが配されたマスクを示す。
【図６】ＮＡ１．３レンズ、クロスポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明でのピッチ９０ｎｍ、幅３０ｎｍの格子状パターンの光学像である。
【図７】正四角形のドットパターンが配置されたマスクである。
【図８】ＮＡ１．３レンズ、クロスポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明でのピッチ９０ｎｍ、一辺の幅が６０ｎｍの正四角形のドットパターン光学像コントラストである。
【図９】ピッチ９０ｎｍで、２０ｎｍラインの格子状パターン上に、ドットを形成したい部分に十字の太い交差ラインを配置したマスクを示す。
【図１０】ＮＡ１．３レンズ、クロスポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明での図９のマスクにおける光学像のコントラストイメージを示す。
【図１１】ピッチ９０ｎｍで、１５ｎｍラインの格子状パターン上に、ドットを形成したい部分に太いドットを配置したマスクを示す。
【図１２】ＮＡ１．３レンズ、クロスポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明での図１１のマスクにおける光学像のコントラストイメージを示す。
【図１３】格子状パターンが配列されていないマスクを示す。
【図１４】ＮＡ１．３レンズ、クロスポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明での図１３のマスクにおける光学像のコントラストイメージを示す。
【図１５】Ｘ方向のラインのコントラストを向上させるダイポール照明の露光機のアパチャー形状を示す。
【図１６】Ｙ方向のラインのコントラストを向上させるダイポール照明の露光機のアパチャー形状を示す。
【図１７】Ｘ方向とＹ方向の両方のラインのコントラストを向上させるクロスポール照明の露光機のアパチャー形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、記述中の一般式において、エナンチオ異性体（ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒ）やジアステレオ異性体（ｄｉａｓｔｅｒｅｏｍｅｒ）が存在し得る場合があるが、その場合、一つの平面式あるいは立体異性体の式で立体異性体の全てを代表して表す。これらの立体異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
【００２１】
本発明に使用されるレジスト組成物は、上述したようにカルボキシル基により水酸基が保護された構造を有する繰り返し単位（ａ１）と、アミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）とを含有する高分子化合物［Ａ］を含む。ここで、酸不安定基により水酸基が保護された構造を有する繰り返し単位（ａ１）としては、カルボキシル基が保護された構造を１つ、又は２つ以上有し、酸の作用により保護基が分解し、カルボキシル基が発生するものであれば特に限定されるものではないが、下記一般式（１）で表される構造の繰り返し単位が好ましい。
【００２２】
【化５】
0005682542.tif 000006
上記式中、Ｒ1はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示す。Ｒ2、Ｒ3は酸不安定基を示す。ｋ1は０又は１であり、ｋ1が０の場合、Ｌｎ1は単結合、又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状の２価の炭化水素基を示す。ｋ1が１の場合、Ｌｎ1はヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状の３価の炭化水素基を示す。
【００２３】
上記一般式（１）で表される繰り返し単位として、以下の具体例を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【化６】
0005682542.tif 000007
【００２４】
【化７】
0005682542.tif 000008
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の定義は上記と同様。）
【００２５】
また、上記一般式（１）中の酸不安定基Ｒ2、Ｒ3は、酸の作用により分解し、カルボキシル基を発生させるものであれば何れであってもよく、具体的には下記一般式（Ｌ１）で示されるアルコキシメチル基、又は（Ｌ２）〜（Ｌ８）で示される３級アルキル基を挙げることができるが、これらに制限されるものではない。
【化８】
0005682542.tif 000009
【００２６】
上記式中、破線は結合手を示す（以下、同様）。また、ＲL01、ＲL02は水素原子又は炭素数１〜１８、好ましくは１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示し、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、２−エチルヘキシル基、ｎ−オクチル基、アダマンチル基等が例示できる。ＲL03は炭素数１〜１８、好ましくは炭素数１〜１０の酸素原子等のヘテロ原子を有してもよい１価の炭化水素基を示し、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基等に置換されたものを挙げることができ、具体的には、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基としては上記ＲL01、ＲL02と同様のものが例示でき、置換アルキル基としては下記の基等が例示できる。
【化９】
0005682542.tif 000010
【００２７】
ＲL01とＲL02、ＲL01とＲL03、ＲL02とＲL03とは互いに結合してこれらが結合する炭素原子や酸素原子と共に環を形成してもよく、環を形成する場合には、環の形成に関与するＲL01とＲL02、ＲL01とＲL03、又はＲ02とＲL03は、それぞれ炭素数１〜１８、好ましくは炭素数１〜１０の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。
【００２８】
ＲL04、ＲL05、ＲL06はそれぞれ独立に炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、２−エチルヘキシル基、ｎ−オクチル基、１−アダマンチル基、２−アダマンチル基等が例示できる。
【００２９】
ＲL07は炭素数１〜１０の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、置換されていてもよいアルキル基としては、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ビシクロ［２．２．１］ヘプチル基等の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホ基等に置換されたもの、又はこれらのメチレン基の一部が酸素原子又は硫黄原子に置換されたもの等が例示でき、置換されていてもよいアリール基としては、具体的にはフェニル基、メチルフェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基等が例示できる。式（Ｌ３）において、ｍ’は０又は１、ｎ’は０，１，２，３のいずれかであり、２ｍ’＋ｎ’＝２又は３を満足する数である。
【００３０】
ＲL08は炭素数１〜１０の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、具体的にはＲL07と同様のもの等が例示できる。ＲL09〜ＲL18はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜１５の１価の炭化水素基を示し、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基、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、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等の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、これらの水素原子の一部が水酸基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基、シアノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、スルホ基等に置換されたもの等が例示できる。ＲL09とＲL10、ＲL09とＲL11、ＲL09とＲL12、ＲL10とＲL12、ＲL11とＲL12、ＲL13とＲL14、又はＲL15とＲL16は互いに結合して環を形成していてもよく、その場合、環の形成に関与するＲL09とＲL10、ＲL09とＲL11、ＲL09とＲL12、ＲL10とＲL12、ＲL11とＲL12、ＲL13とＲL14、又はＲL15とＲL16は、炭素数１〜１５の２価の炭化水素基を示し、具体的には上記１価の炭化水素基で例示したものから水素原子を１個除いたもの等が例示できる。また、ＲL09とＲL11、ＲL11とＲL17、又はＲL15とＲL17は、隣接する炭素に結合するもの同士で何も介さずに結合し、二重結合を形成してもよい。
【００３１】
ＲL19は炭素数１〜１０の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、具体的にはＲL07と同様のもの等が例示できる。
【００３２】
ＲL20は炭素数１〜１０の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、具体的にはＲL07と同様のもの等が例示できる。
Ｘはこれが結合する炭素原子と共に置換又は非置換のシクロペンタン環、シクロヘキサン環、又はノルボルナン環を形成する２価の基を示す。ＲL21、ＲL22はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状の１価の炭化水素基を示す。ＲL21とＲL22は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、その場合、置換又は非置換のシクロペンタン環、又はシクロヘキサン環を形成する２価の基を示す。ｐは１又は２を示す。
【００３３】
ＲL23は炭素数１〜１０の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、具体的にはＲL07と同様のもの等が例示できる。
Ｙはこれが結合する炭素原子と共に置換又は非置換のシクロペンタン環、シクロヘキサン環、又はノルボルナン環を形成する２価の基を示す。ＲL24、ＲL25はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状の１価の炭化水素基を示す。ＲL24とＲL25は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、その場合、置換又は非置換のシクロペンタン環、又はシクロヘキサン環を形成する２価の基を示す。ｑは１又は２を示す。
【００３４】
ＲL26は炭素数１〜１０の置換されていてもよい直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基又は炭素数６〜２０の置換されていてもよいアリール基を示し、具体的にはＲL07と同様のもの等が例示できる。
Ｚはこれが結合する炭素原子と共に置換又は非置換のシクロペンタン環、シクロヘキサン環、又はノルボルナン環を形成する２価の基を示す。ＲL27、ＲL28はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状の１価の炭化水素基を示す。ＲL27とＲL28は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、その場合、置換又は非置換のシクロペンタン環、又はシクロヘキサン環を形成する２価の基を示す。
【００３５】
上記式（Ｌ１）で示される酸不安定基のうち直鎖状又は分岐状のものとしては、具体的には下記の基が例示できる。
【化１０】
0005682542.tif 000011
【００３６】
上記式（Ｌ１）で示される酸不安定基のうち環状のものとしては、具体的にはテトラヒドロフラン−２−イル基、２−メチルテトラヒドロフラン−２−イル基、テトラヒドロピラン−２−イル基、２−メチルテトラヒドロピラン−２−イル基等が例示できる。
【００３７】
上記式（Ｌ２）の酸不安定基としては、具体的にはｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基、及び下記の基が例示できる。
【化１１】
0005682542.tif 000012
【００３８】
上記式（Ｌ３）の酸不安定基としては、具体的には１−メチルシクロペンチル、１−エチルシクロペンチル、１−ｎ−プロピルシクロペンチル、１−イソプロピルシクロペンチル、１−ｎ−ブチルシクロペンチル、１−ｓｅｃ−ブチルシクロペンチル、１−シクロヘキシルシクロペンチル、１−（４−メトキシ−ｎ−ブチル）シクロペンチル、１−（ビシクロ［２．２．１］ヘプタン−２−イル）シクロペンチル、１−（７−オキサビシクロ［２．２．１］ヘプタン−２−イル）シクロペンチル、１−メチルシクロヘキシル、１−エチルシクロヘキシル、３−メチル−１−シクロペンテン−３−イル、３−エチル−１−シクロペンテン−３−イル、３−メチル−１−シクロヘキセン−３−イル、３−エチル−１−シクロヘキセン−３−イル等が例示できる。
【００３９】
上記式（Ｌ４）の酸不安定基としては、下記式（Ｌ４−１）〜（Ｌ４−４）で示される基が特に好ましい。
【化１２】
0005682542.tif 000013
【００４０】
前記一般式（Ｌ４−１）〜（Ｌ４−４）中、破線は結合位置及び結合方向を示す。ＲL41はそれぞれ独立に炭素数１〜１０の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基等の１価の炭化水素基を示し、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−アミル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を例示できる。
【００４１】
前記一般式（Ｌ４−１）〜（Ｌ４−４）には、エナンチオ異性体（ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒ）やジアステレオ異性体（ｄｉａｓｔｅｒｅｏｍｅｒ）が存在しえるが、前記一般式（Ｌ４−１）〜（Ｌ４−４）は、これらの立体異性体の全てを代表して表す。これらの立体異性体は単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
【００４２】
例えば、前記一般式（Ｌ４−３）は下記一般式（Ｌ４−３−１）、（Ｌ４−３−２）で示される基から選ばれる１種又は２種の混合物を代表して表すものとする。
【化１３】
0005682542.tif 000014
（式中、ＲL41は前述と同様である。）
【００４３】
また、上記一般式（Ｌ４−４）は下記一般式（Ｌ４−４−１）〜（Ｌ４−４−４）で示される基から選ばれる１種又は２種以上の混合物を代表して表すものとする。
【化１４】
0005682542.tif 000015
（式中、ＲL41は前述と同様である。）
【００４４】
上記一般式（Ｌ４−１）〜（Ｌ４−４）、（Ｌ４−３−１）、（Ｌ４−３−２）、及び式（Ｌ４−４−１）〜（Ｌ４−４−４）は、それらのエナンチオ異性体及びエナンチオ異性体混合物をも代表して示すものとする。
【００４５】
なお、式（Ｌ４−１）〜（Ｌ４−４）、（Ｌ４−３−１）、（Ｌ４−３−２）、及び式（Ｌ４−４−１）〜（Ｌ４−４−４）の結合方向がそれぞれビシクロ［２．２．１］ヘプタン環に対してｅｘｏ側であることによって、酸触媒脱離反応における高反応性が実現される（特開２０００−３３６１２１号公報参照）。これらビシクロ［２．２．１］ヘプタン骨格を有する３級ｅｘｏ−アルキル基を置換基とする単量体の製造において、下記一般式（Ｌ４−１−ｅｎｄｏ）〜（Ｌ４−４−ｅｎｄｏ）で示されるｅｎｄｏ−アルキル基で置換された単量体を含む場合があるが、良好な反応性の実現のためにはｅｘｏ比率が５０％以上であることが好ましく、ｅｘｏ比率が８０％以上であることが更に好ましい。
【化１５】
0005682542.tif 000016
（式中、ＲL41は前述と同様である。）
【００４６】
上記式（Ｌ４）の酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
【化１６】
0005682542.tif 000017
【００４７】
上記式（Ｌ５）の酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
【化１７】
0005682542.tif 000018
上記式（Ｌ６）の酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
【化１８】
0005682542.tif 000019
【００４８】
上記式（Ｌ７）の酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
【化１９】
0005682542.tif 000020
【００４９】
上記式（Ｌ８）の酸不安定基としては、具体的には下記の基が例示できる。
【化２０】
0005682542.tif 000021
【００５０】
また、酸不安定基Ｒ2、Ｒ3のいずれか一方又は両方が、下記一般式（２）で表される構造であることが特に好ましい。
【化２１】
0005682542.tif 000022
上記式中、破線は結合手を示す。Ｒ4は炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。ｎは０又は１である。
【００５１】
上記一般式（２）で表される酸不安定基の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
【化２２】
0005682542.tif 000023
【００５２】
本発明のレジスト組成物に含まれる高分子化合物［Ａ］は、酸不安定基によりカルボキシル基が保護された構造を有する繰り返し単位（ａ１）のほか、アミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）を含有する。
【００５３】
これらの含窒素単位は光酸発生剤より発生した酸を捕捉し、酸拡散を抑制するクエンチャーとしての機能を示す。更に、クエンチャーがベース高分子化合物に結合されていることにより、酸拡散のみならず、クエンチャー拡散も抑制され、潜像コントラストの劣化を防ぐことができる。また、ベース高分子化合物に結合しているクエンチャーはレジスト膜表層から揮発しないため、ネガ現像における表面難溶化を防ぐことができる。
【００５４】
繰り返し単位（ａ２）として好ましい構造は、下記一般式（３）又は（４）で表される構造である。
【化２３】
0005682542.tif 000024
上記式中、Ｒ5は水素原子又はメチル基を示す。Ｘ1は単結合又は酸素原子を含んでよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の２価炭化水素基である。Ｒ6、Ｒ7はそれぞれ独立に水素原子であるか、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を表し、１価炭化水素基上の水素原子の１つ又は複数がフッ素原子で置換されていてもよい。また、Ｒ6、Ｒ7が相互に結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。また、Ｒ6、Ｒ7のどちらか一方又は両方がＸ1と結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。
【化２４】
0005682542.tif 000025
上記式中、Ｒ8は水素原子又はメチル基を示す。Ｘ2は単結合又は酸素原子を含んでよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の２価炭化水素基である。Ｒ9は水素原子であるか、ヘテロ原子を含んでもよい炭素数１〜１５の直鎖状、分岐状又は環状の１価炭化水素基を表し、１価炭化水素基上の水素原子の１つ又は複数がフッ素原子で置換されていてもよい。また、Ｒ9がＸ2と結合し、これらが結合する窒素原子と共に環を形成してもよい。Ｒ10はヘテロ原子を含んでもよい炭素数３〜１５の１価炭化水素基である。
【００５５】
上記一般式（３）の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
【化２５】
0005682542.tif 000026
（式中、Ｒ5の定義は上記と同様。）
【００５６】
上記一般式（４）の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
【化２６】
0005682542.tif 000027
（式中、Ｒ8の定義は上記と同様。）
【００５７】
上記高分子化合物［Ａ］は、更に密着性基として水酸基、カルボキシル基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、炭酸エステル基、スルホン酸エステル基等の極性官能基を有する繰り返し単位を含有することが好ましい。
【００５８】
カルボキシル基を有する繰り返し単位としては、上記一般式（１）の具体例として挙げた構造のカルボキシル基が酸不安定基で保護されていないものを例示できるが、これらに限定されるものではない。
【００５９】
水酸基を有する繰り返し単位及びカルボキシル基を有する繰り返し単位としては、以下の構造を具体例として挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【化２７】
0005682542.tif 000028
（式中、Ｒ14は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を表す。）
【００６０】
シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、炭酸エステル基、スルホン酸エステル基等の極性官能基を有する繰り返し単位の具体例として以下の構造を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【化２８】
0005682542.tif 000029
【００６１】
【化２９】
0005682542.tif 000030
（式中、Ｒ15は水素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基を表す。）
【００６２】
高分子化合物［Ａ］は、更に下記一般式（ｐ１）、（ｐ２）、（ｐ３）のいずれかで表される構造のスルホニウム塩を含んでもよい。
【化３０】
0005682542.tif 000031
（式中、Ｒ20、Ｒ24、Ｒ28は水素原子又はメチル基、Ｒ21は単結合、フェニレン基、−Ｏ−Ｒ33−、又は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｙ−Ｒ33−である。Ｙは酸素原子又はＮＨ、Ｒ33は炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルケニレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基（−ＣＯ−）、エステル基（−ＣＯＯ−）、エーテル基（−Ｏ−）又は水酸基を含んでいてもよい。Ｒ22、Ｒ23、Ｒ25、Ｒ26、Ｒ27、Ｒ29、Ｒ30、Ｒ31は同一又は異種の炭素数１〜１２の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、カルボニル基、エステル基又はエーテル基を含んでいてもよく、又は炭素数６〜１２のアリール基、炭素数７〜２０のアラルキル基又はチオフェニル基を表す。Ｚ0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−Ｒ32−、又は−Ｃ（＝Ｏ）−Ｚ1−Ｒ32−である。Ｚ1は酸素原子又はＮＨ、Ｒ32は炭素数１〜６の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルケニレン基又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又は水酸基を含んでいてもよい。Ｍ-は非求核性対向イオンを表す。）
【００６３】
上記高分子化合物［Ａ］を構成する上記の各繰り返し単位のモル比について、酸不安定基によりカルボキシル基が保護された構造を有する繰り返し単位（ａ１）の合計量を［ａ１］、アミノ基、アミド結合、カルバメート結合、含窒素複素環から選ばれる構造を１つ以上含む繰り返し単位（ａ２）の合計量を［ａ２］、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基、エステル基、炭酸エステル基、スルホン酸エステル基等の極性官能基を有する繰り返し単位の合計量を［ａ３］、上記一般式（ｐ１）〜（ｐ３）のいずれかで表される構造のスルホニウム塩単位の合計量を［ｐ］とした場合、０．１≦［ａ１］≦０．９９５、０．００５≦［ａ２］≦０．２、０≦［ａ３］≦０．８、０≦［ｐ］≦０．２を共に満たすことが好ましく、０．２≦［ａ１］≦０．７、０．０１≦［ａ２］≦０．１、０．２≦［ａ３］≦０．７、０≦［ｐ］≦０．１を共に満たすことが特に好ましい（ここで、［ａ１］＋［ａ２］＋［ａ３］＋［ｐ］＝１である。）。
【００６４】
上記高分子化合物［Ａ］の重量平均分子量Ｍｗと数平均分子量との比、即ち分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）は特に制限されないが、１．０〜３．０の狭い分子量分布の場合、酸拡散が抑制され、解像度が向上するために好ましい。また、上記高分子化合物［Ａ］の分子量は、通常、重量平均分子量Ｍｎが３，０００〜１００，０００であり、好ましくは５，０００〜５０，０００である。なお、本明細書において記載する数平均分子量及び重量平均分子量は、溶剤としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用いたポリスチレン換算でのゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定した。
【００６５】
本発明に用いられるレジスト組成物は、高エネルギー線に感応して酸を発生する化合物（光酸発生剤）［Ｂ］、及び有機溶剤［Ｃ］を含む。
【００６６】
光酸発生剤の配合量はベース樹脂１００質量部に対し０．５〜３０質量部、特に１〜２０質量部とすることが好ましい。光酸発生剤の成分としては、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ずれでも構わない。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り、これらは単独あるいは２種以上混合して用いることができる。
【００６７】
光酸発生剤の具体例としては、特開２００８−１１１１０３号公報の段落［０１２３］〜［０１３８］に記載されているものが挙げられる。
【００６８】
有機溶剤の配合量はベース樹脂１００質量部に対し１００〜１０，０００質量部、特に３００〜８，０００質量部とすることが好ましい。有機溶剤の具体例としては、特開２００８−１１１１０３号公報の段落［０１４４］に記載のシクロヘキサノン、メチル−２−ｎ−アミルケトン等のケトン類、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、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール等のアルコール類及びその混合溶剤が挙げられる。
【００６９】
本発明に使用されるレジスト組成物は、上記高分子化合物［Ａ］、光酸発生剤［Ｂ］、有機溶剤［Ｃ］を必須成分とするが、更に必要に応じて、クエンチャー成分、界面活性剤、溶解制御剤、アセチレンアルコール類から選ばれる１種又は複数種を含んでもよい。
【００７０】
クエンチャー成分とは酸発生剤より発生した酸を捕捉し失活させる機能を有する成分であり、適量加えることにより、感度を調整でき、また、溶解コントラストの向上及び未露光部への酸拡散抑制により解像度が向上することが知られている。上記高分子化合物［Ａ］に含まれる繰り返し単位（ａ２）がクエンチャーとして機能し得るが、これとは別に下記に例示されるクエンチャー成分を添加することにより、レジスト感度の制御やパターン形状の調整に有効な場合がある。
【００７１】
クエンチャー成分の例としては、塩基性化合物を挙げることができ、具体的には特開２００８−１１１１０３号公報の段落［０１４８］〜［０１６３］に記載の１級、２級、３級のアミン化合物、特にはヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物、特許第３７９０６４９号公報に記載のカルバメート基を有する含窒素有機化合物を挙げることができる。これら塩基性化合物の配合量は、ベース樹脂１００質量部に対し０．０１〜１０質量部、特に０．１〜５質量部とすることが好ましい。
【００７２】
また、弱酸を共役酸とするアニオンを有するオニウム塩化合物をクエンチャーとして用いることができ、そのクエンチ機構は、酸発生剤より発生した強酸が塩交換反応によりオニウム塩に変わるという現象に基づく。塩交換により発生した弱酸ではベース樹脂に含まれる酸不安定基の脱保護反応は進行しないため、この系における弱酸オニウム塩化合物はクエンチャーとして機能したことになる。オニウム塩クエンチャーとしては、例えば、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をクエンチャーとして挙げることができ、これらはα位がフッ素化されたスルホン酸、イミド酸、メチド酸を発生する酸発生剤と併用した場合にクエンチャーとして機能し得る。また、オニウム塩クエンチャーがスルホニウム塩やヨードニウム塩のように光分解性を有する場合、光強度が強い部分のクエンチ能が低下し、これによって溶解コントラストが向上するため、有機溶剤現像によるネガ型パターン形成において、パターンの矩形性が向上する。オニウム塩化合物の配合量はベース樹脂１００質量部に対し０．０５〜２０質量部、特に０．２〜１０質量部とすることが好ましい。
【００７３】
また、上記の含窒素有機化合物やオニウム塩化合物等のクエンチャー成分を単独あるいは２種以上混合して用いることができる。
【００７４】
界面活性剤としては特開２００８−１１１１０３号公報の段落［０１６６］、溶解制御剤としては特開２００８−１２２９３２号公報の段落［０１５５］〜［０１７８］、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］に記載のものを用いることができる。界面活性剤を添加する場合、その添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で任意とすることができる。
【００７５】
また、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高分子化合物を添加することもできる。この添加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。このような添加剤は特定構造の１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール残基を有し、特開２００７−２９７５９０号公報、特開２００８−１１１１０３号公報に例示されている。レジスト組成物に添加される撥水性向上剤は、有機溶剤を含む現像液に溶解する必要がある。前述の特定の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、アルカリ水溶液に対する溶解性が良好なだけでなく、有機溶剤への溶解性も良好である。また、撥水性の添加剤として、アミノ基やアミン塩を繰り返し単位として共重合した高分子化合物は、露光後加熱処理（ポストエクスポージャーベーク：以下、ＰＥＢと記す）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。撥水性向上剤の添加量は、レジスト組成物のベース樹脂１００質量部に対して０．１〜２０質量部、好ましくは０．５〜１０質量部である。
【００７６】
本発明のレジストパターン形成方法の説明図を図１に示す。この場合、図１（Ａ）に示したように、本発明においては基板１０上に形成した被加工基板２０に直接又は中間介在層３０を介してポジ型レジスト組成物を基板上に塗布してレジスト膜４０を形成する。レジスト膜の厚さとしては、１０〜１，０００ｎｍ、特に２０〜５００ｎｍであることが好ましい。このレジスト膜は、塗布後露光前に加熱処理（ポストアプライドベーク：以下、ＰＡＢと記す）を行うが、この条件としては６０〜１８０℃、特に７０〜１５０℃で１０〜３００秒間、特に１５〜２００秒間行うことが好ましい。
なお、基板１０としては、シリコン基板が一般的に用いられる。被加工基板２０としては、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ｐ−Ｓｉ、α−Ｓｉ、ＴｉＮ、ＷＳｉ、ＢＰＳＧ、ＳＯＧ、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＯＮ、ＭｏＳｉ、低誘電膜及びそのエッチングストッパー膜が挙げられる。中間介在層３０としては、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ｐ−Ｓｉ等のハードマスク、カーボン膜による下層膜と珪素含有中間膜、有機反射防止膜等が挙げられる。
【００７７】
次いで、図１（Ｂ）に示すように露光５０を行う。ここで、露光は波長１４０〜２５０ｎｍの高エネルギー線、波長１３．５ｎｍのＥＵＶが挙げられるが、中でもＡｒＦエキシマレーザーによる１９３ｎｍの露光が最も好ましく用いられる。露光は大気中や窒素気流中のドライ雰囲気でもよいし、水中の液浸露光であってもよい。ＡｒＦ液浸リソグラフィーにおいては液浸溶剤として純水、又はアルカン等の屈折率が１以上で露光波長に高透明の液体が用いられる。液浸リソグラフィーでは、ＰＡＢ後のレジスト膜と投影レンズの間に、純水やその他の液体を挿入する。これによってＮＡが１．０以上のレンズ設計が可能となり、より微細なパターン形成が可能になる。
【００７８】
液浸リソグラフィーはＡｒＦリソグラフィーを４５ｎｍノードまで延命させるための重要な技術である。液浸露光の場合は、レジスト膜上に残った水滴残りを除去するために露光後の純水リンス（ポストソーク）を行ってもよいし、レジスト膜からの溶出物を防ぎ、膜表面の滑水性を上げるために、ＰＡＢ後のレジスト膜上に保護膜を形成してもよい。
液浸リソグラフィーに用いられるレジスト保護膜を形成する材料としては、例えば、水に不溶でアルカリ現像液に溶解する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高分子化合物をベースとし、炭素数４以上のアルコール系溶剤、炭素数８〜１２のエーテル系溶剤、又はこれらの混合溶剤に溶解させたものが好ましい。この場合、保護膜形成用組成物は、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繰り返し単位等のモノマーから得られるものが挙げられる。保護膜は有機溶剤を含む現像液に溶解する必要があるが、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繰り返し単位からなる高分子化合物は前述の有機溶剤を含む現像液に溶解する。特に、特開２００７−２５６３４号公報、特開２００８−３５６９号公報に例示の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保護膜材料の有機溶剤現像液に対する溶解性は高い。
【００７９】
保護膜形成用組成物にアミン化合物又はアミン塩を配合、あるいはアミノ基又はアミン塩を有する繰り返し単位を共重合した高分子化合物を用いることは、レジスト膜の露光部から発生した酸の未露光部分への拡散を制御し、ホールの開口不良を防止する効果が高い。アミン化合物を添加した保護膜材料としては特開２００８−３５６９号公報に記載の材料、アミノ基又はアミン塩を共重合した保護膜材料としては特開２００７−３１６４４８号公報に記載の材料を用いることができる。アミン化合物、アミン塩としては、上記レジスト組成物添加用の塩基性化合物として詳述したものの中から選定することができる。アミン化合物、アミン塩の配合量は、ベース樹脂１００質量部に対して０．０１〜１０質量部、特に０．０２〜８質量部が好ましい。
【００８０】
レジスト膜形成後に、純水リンス（ポストソーク）を行うことによってレジスト膜表面からの酸発生剤等の抽出、あるいはパーティクルの洗い流しを行ってもよいし、露光後に膜上に残った水を取り除くためのリンス（ポストソーク）を行ってもよい。ＰＥＢ中に露光部から蒸発した酸が未露光部に付着し、未露光部分の表面の保護基を脱保護させると、現像後のホールの表面がブリッジして閉塞する可能性がある。特にネガティブ現像におけるホールの外側は、光が照射されて酸が発生している。ＰＥＢ中にホールの外側の酸が蒸発し、ホールの内側に付着するとホールが開口しないことがある。酸の蒸発を防いでホールの開口不良を防ぐために保護膜を適用することは効果的である。更に、アミン化合物又はアミン塩を添加した保護膜は、酸の蒸発を効果的に防ぐことができる。
【００８１】
このように、保護膜を形成する材料として、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高分子化合物をベースとしてアミノ基又はアミン塩を有する化合物を添加した材料、あるいは前記高分子化合物中にアミノ基又はアミン塩を有する繰り返し単位を共重合した材料をベースとして炭素数４以上のアルコール系溶剤、炭素数８〜１２のエーテル系溶剤、又はこれらの混合溶剤に溶解させた材料を用いることが好ましい。
【００８２】
炭素数４以上のアルコール系溶剤としては、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−アミルアルコール、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。
炭素数８〜１２のエーテル系溶剤としては、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−アミルエーテル、ジ−ｎ−ヘキシルエーテル等が挙げられる。
【００８３】
露光における露光量は１〜２００ｍＪ／ｃｍ2程度、特に１０〜１００ｍＪ／ｃｍ2程度とすることが好ましい。次に、ホットプレート上で６０〜１５０℃で１〜５分間、好ましくは８０〜１２０℃で１〜３分間ＰＥＢを施す。
【００８４】
更に、図１（Ｃ）に示されるように、有機溶剤を含む現像液を用い、０．１〜３分間、好ましくは０．５〜２分間、浸漬（ｄｉｐ）法、パドル（ｐｕｄｄｌｅ）法、スプレー（ｓｐｒａｙ）法等の常法により現像することにより未露光部分が溶解するネガティブパターンが基板上に形成される。
上記有機溶剤を含む現像液としては、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、２−メチルシクロヘキサノン、３−メチルシクロヘキサノン、４−メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、２’−メチルアセトフェノン、４’−メチルアセトフェノン、等のケトン類、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、酢酸ブテニル、酢酸イソアミル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、蟻酸イソブチル、蟻酸アミル、蟻酸イソアミル、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、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、乳酸アミル、乳酸イソアミル、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、蟻酸ベンジル、蟻酸フェニルエチル、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−フェニルエチル等のエステル類などを好ましく用いることができる。
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。これらの有機溶剤の総量は、現像液総量の６０質量％以上であり、好ましくは８０〜１００質量％である。なお、これらの有機溶剤の総量が現像液総量の１００質量％未満である場合、その他の有機溶剤を含んでもよく、具体的にはオクタン、デカン、ドデカン等のアルカン類、イソプロピルアルコール、１−ブチルアルコール、１−ペンタノール、１−ヘキサノール、４−メチル−２−ペンタノール等のアルコール類などが挙げられる。
また、上記現像液は、界面活性剤を含んでもよく、界面活性剤としては前述のレジスト組成物に添加してもよいものと同様の具体例が挙げられる。
【００８５】
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。
【００８６】
具体的には、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。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−アミルアルコール、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。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−アミルエーテル、ジ−ｎ−ヘキシルエーテル等が挙げられる。これらの溶剤は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。これらの溶剤に加えて、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、メシチレン等の芳香族系の溶剤を用いることもできる。
【００８７】
トレンチパターン形成において、ネガティブトーン現像は、ポジティブトーン現像よりも高コントラストの光学像を形成できる場合が多い。ここでトレンチパターンとは、ラインアンドスペースパターンにおけるスペース部分がライン部分の寸法幅より狭いパターンを指し、スペース部とスペース部の間隔が無限に離れた場合、即ちライン幅が無限に広い場合が孤立トレンチに相当する。特にトレンチ幅（スペース幅）が微細になるほど、マスク上のラインパターン像を反転しトレンチを形成させるネガティブトーン現像は解像性の点で有利となる。
【００８８】
ネガティブトーン現像によってホールパターンを形成する方法は、マスクデザインによる分類により、以下の３通りの方法に集約される。
（ｉ）ドット状の遮光パターンが配置されたマスクを用い、ドット部分をネガ現像後にホールパターンとする方法。
（ｉｉ）格子状遮光パターンが配置されたマスクを用い、格子の交点をネガ現像後にホールパターンとする方法。
（ｉｉｉ）ライン状の遮光パターンが配置されたマスクを用いて２回の露光を行う方法であって、１回目の露光と２回目の露光のライン配列の向きを変えることでラインが交差するように重ねて露光し、ラインの交点をネガ現像後にホールパターンとする方法。
【００８９】
上記（ｉ）の方法について、ドット状の遮光パターンが配置されたマスクを図７に例示する。この方法において、露光時の照明条件は特に限定されないが、図１７に示されるアパチャー形状のクロスポール照明（４重極照明）が狭ピッチ化のために好ましく、これにＸ−Ｙ偏光照明又は円形偏光のＡｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明を組み合わせて更にコントラストを向上させることが可能である。
【００９０】
上記（ｉｉ）の方法について、格子状遮光パターンが配置されたマスクを図５に例示する。（ｉ）の方法と同様、クロスポール照明及び偏光照明と組み合わせることが狭ピッチの解像性向上の点で好ましい。
【００９１】
図８にＮＡ１．３レンズ、クロスポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明でのピッチ９０ｎｍ、一辺の幅が６０ｎｍの正四角形のドットパターンが配置されたマスクにおける光学像コントラストを示す。また、図６にＮＡ１．３レンズ、クロスポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ偏光照明でのピッチ９０ｎｍ、幅３０ｎｍの格子状ラインパターンの光学像を示す。前者のドットパターンを利用する場合よりも後者の格子状パターンを利用する場合の方が、光の強度が低下するためにレジストの感度が低下する欠点があるものの、光学コントラストが向上するという利点がある。
【００９２】
上記（ｉｉ）の方法において、更に透過率３〜１５％のハーフトーン位相シフトマスクを用い、格子状のシフター格子の交点を現像後にホールパターンとする方法が、光学コントラストが向上することから好ましい。
【００９３】
上記（ｉｉｉ）の方法について、図１５、図１６に示されるアパチャー形状のダイポール照明（２重極照明）を用い、Ｘ、Ｙ方向のラインパターンを２回に分けて露光し、光学像を重ねることにより、上記（ｉ）及び（ｉｉ）の方法に比べて、更に高いコントラストを得ることができる。ダイポール照明に併せてｓ偏光照明を加えると、更にコントラストを上げることができる。
【００９４】
図２は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いたＮＡ１．３レンズ、ダイポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、ｓ偏光でのピッチ９０ｎｍ、ラインサイズ４５ｎｍのＸ方向ラインの光学像を示す。また、図３は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを用いたＮＡ１．３レンズ、ダイポール照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク、ｓ偏光でのピッチ９０ｎｍ、ラインサイズ４５ｎｍのＹ方向ラインの光学像を示す。色が濃い方が遮光部分、白い方が光の強い領域であり、白と黒のコントラスト差がはっきりしており、特に強い遮光部分が存在することが示されている。図４は、Ｙ方向ラインにＸ方向ラインの光学像を重ねたコントラストイメージである。ＸとＹのラインの組み合わせで格子状のイメージができ上がるように思われるがそうではなく、光の弱い黒い部分のパターンは円形である。円形のサイズが大きい場合は菱形形状で隣のパターンとつながり易いが、円のサイズが小さいほど円形度合いが向上し、強く遮光された小さな円が存在することが示されている。
【００９５】
上記（ｉｉｉ）の２回露光する方法は、（ｉ）や（ｉｉ）の１回露光による方法に比べてスループットが低下するものの、光学コントラストが高いことから、微細なパターンを寸法均一性よく形成でき、狭ピッチ化においても有利である。１回目のラインと２回目のラインがなす角度は９０度が好ましいが、９０度以外の角度でも構わなく、１回目のラインの寸法と２回目のラインの寸法やピッチが同じであっても異なってもよい。１回目のラインと、これと異なる位置に２回目のラインが１枚のマスクに有するマスクを用いて１回目の露光と２回目の露光を連続露光することも可能である。また、１枚のマスクを用いてＸ方向とＹ方向のコントラストを強調した２回の連続した露光は、現在の市販のスキャナーで行うことが可能である。
【００９６】
ピッチや位置がランダムに配列された微細なホールパターンの形成は困難である。密集パターンのコントラストは、ダイポール、クロスポール等の斜入射照明に位相シフトマスクと偏光を組み合わせた超解像技術によって向上させることができるが、孤立パターンのコントラストはそれほど向上しない。
【００９７】
密集の繰り返しパターンに対して超解像技術を用いた場合、孤立パターンとの粗密（プロキシミティー）バイアスが問題になる。強い超解像技術を使えば使うほど密集パターンの解像力が向上するが、孤立パターンの解像力は変わらないために、粗密バイアスが拡大する。微細化に伴うホールパターンにおける粗密バイアスの増加は深刻な問題である。粗密バイアスを抑えるために、一般的にはマスクパターンの寸法にバイアスを付けることが行われている。粗密バイアスはレジスト組成物の特性、即ち、溶解コントラストや酸拡散によっても変わるために、レジスト組成物の種類毎にマスクの粗密バイアスが変化する。レジスト組成物の種類毎に粗密バイアスを変えたマスクを用いることになり、マスク製作の負担が増している。そこで、強い超解像照明で密集ホールパターンのみを解像させ、パターンの上に１回目のポジ型レジストパターンを溶解させないアルコール溶剤のネガ型レジスト膜を塗布し、不必要なホール部分を露光、現像することによって閉塞させて密集パターンと孤立パターンの両方を作製する方法（Ｐａｃｋ  ａｎｄ  ｕｎｐａｃｋ；ＰＡＵ法）が提案されている（Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ５７５３  ｐ．１７１（２００５））。この方法の問題点は、１回目の露光と２回目の露光の位置ずれが挙げられ、この点については文献の著者も指摘している。また、２回目の現像で塞がれないホールパターンは２回現像されることになり、これによる寸法変化も問題として挙げられる。
【００９８】
ランダムピッチのホールパターンをポジネガ反転の有機溶剤現像で形成するためには、格子状の遮光パターンが全面に配列され、ホールを形成する場所だけに格子の幅を太くしたマスクを用いることが有効である。
【００９９】
上記（ｉｉ）の方法において、図９に示すようなハーフピッチ以下のライン幅による格子状の第１のシフターと、第１のシフター上に第１のシフターの線幅よりもウエハー上の寸法で２〜３０ｎｍ太い第２のシフターが配列された位相シフトマスクを用い、太いシフターが配列された点を現像後にホールパターンとする方法により、あるいは図１１に示すようなハーフピッチ以下のライン幅による格子状の第１のシフターと、第１のシフター上に第１のシフターの線幅よりもウエハー上の寸法で２〜１００ｎｍ太いドットパターンの第２のシフターが配列された位相シフトマスクを用い、太いシフターが配列された点を現像後にホールパターンとする方法により、ランダムピッチのホールパターンを形成することができる。
【０１００】
ピッチ９０ｎｍで、２０ｎｍラインの格子状パターン上に、図９に示すようにパターンを形成したい部分に十字の太い交差ラインを配置する。色の黒い部分がハーフトーンのシフター部分である。孤立性の所ほど太いライン（図９では幅４０ｎｍ）、密集部分では幅３０ｎｍのラインが配置されている。密集パターンよりも孤立パターンの方が光の強度が弱くなるために、太いラインが用いられる。密集パターンの端の部分も光の強度がやや低下するために、密集部分の中心よりもやや幅広の３２ｎｍのラインが宛われている。
【０１０１】
図９のマスクを用いて得られた光学像のコントラストイメージを図１０に示す。黒い遮光部分にポジネガ反転によってホールが形成される。ホールが形成されるべき場所以外にも黒点が見られるが、黒点のサイズは小さいために、実際には殆ど転写されない。不必要な部分の格子ラインの幅を狭くしたりする等の更なる最適化によって、不必要なホールの転写を防止することが可能である。
【０１０２】
同じく格子状の遮光パターンを全面に配列し、ホールを形成する場所だけに太いドットを配置したマスクを用いることもできる。ピッチ９０ｎｍで、１５ｎｍラインの格子状パターン上に、図１１に示すようにドットを形成したい部分に太いドットを配置する。色の黒い部分がハーフトーンのシフター部分である。孤立性の所ほど大きなドット（図１１では一辺９０ｎｍ）、密集部分では一辺５５ｎｍの四角状のドットが配置されている。ドットの形状は正四角形でも、長方形、菱形、５角形、６角形、７角形、８角形以上の多角形、円形でも構わない。図１１のマスクを用いて得られた光学像のコントラストイメージを図１２に示す。図１０に比べてもほぼ同等の黒い遮光部分が存在し、ポジネガ反転によってホールが形成されることが示されている。
【０１０３】
図１３に示されるような格子状パターンが配列されていないマスクを用いた場合、図１４に示されるように黒い遮光部分は現れない。この場合はホールの形成が困難であるか、もし形成できたとしても光学像のコントラストが低いために、マスク寸法のバラツキがホールの寸法のバラツキに大きく反映する結果となる。
【実施例】
【０１０４】
以下、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等に制限されるものではない。なお、下記例において、数平均分子量及び重量平均分子量は、溶剤としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用いたポリスチレン換算でのゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定した。
【０１０５】
レジスト組成物の調製
本発明のレジスト組成物を下記表１に示す組成で配合して溶剤に溶解させ、０．２μｍのテフロン（登録商標）フィルターで濾過したレジスト溶液を調製した（Ｒｅｓｉｓｔ−１〜１５）。また、同様の方法で、下記表２に示す組成の比較例のレジスト組成物を調製した（Ｒｅｓｉｓｔ−１６〜１８）。表１，２中のベース樹脂（Ｐｏｌｙｍｅｒ１〜１８）の構造、分子量（Ｍｗ）、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）を下記表３〜５に示す。表３〜５中の（  ）内の数値は各繰り返し単位の構成比率（モル％）を示す。
また、表１，２中の高分子添加剤（ＰＡ−１〜３）は液浸露光に適するレジスト膜表面の撥水性を得るために添加した。これら高分子添加剤の構造、分子量（Ｍｗ）、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）をそれぞれ下記表６に示す。表６中の（  ）内の数値は各繰り返し単位の構成比率（モル％）を示す。
また、表１，２中の光酸発生剤（ＰＡＧ−１〜４）の構造を下記表７に、表１，２中のクエンチャー成分（Ｑ−１〜６）の構造を下記表８に示す。
【０１０６】
【表１】
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【０１０７】
【表２】
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【０１０８】
【表３】
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【０１０９】
【表４】
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【０１１０】
【表５】
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【０１１１】
【表６】
0005682542.tif 000037
【０１１２】
【表７】
0005682542.tif 000038
【０１１３】
【表８】
0005682542.tif 000039
【０１１４】
なお、表１，２中に示した溶剤は以下の通りである。
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
ＣｙＨＯ：シクロヘキサノン
ＧＢＬ：γ−ブチロラクトン
また、界面活性剤Ａ（０．１質量部）を表１，２中に示したいずれのレジスト組成物にも添加した。界面活性剤Ａの構造を以下に示す。
界面活性剤Ａ：３−メチル−３−（２，２，２−トリフルオロエトキシメチル）オキセタン・テトラヒドロフラン・２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール共重合物（オムノバ社製）（下記式）
【化３１】
0005682542.tif 000040
【０１１５】
［実施例１〜１５、比較例１〜５］
レジストの評価
［評価方法］
上記表１，２に示したレジスト組成物を、シリコンウエハーに信越化学工業（株）製スピンオンカーボン膜ＯＤＬ−５０（カーボンの含有量が８０質量％）を２００ｎｍ、その上に珪素含有スピンオンハードマスクＳＨＢ−Ａ９４０（珪素の含有量が４３質量％）を３５ｎｍの膜厚で成膜したトライレイヤープロセス用の基板上にスピンコーティングし、ホットプレートを用いて１００℃で６０秒間ベーク（ＰＡＢ）し、レジスト膜の厚みを９０ｎｍにした。
これをＡｒＦエキシマレーザー液浸スキャナー（（株）ニコン製、ＮＳＲ−６１０Ｃ、ＮＡ１．３０、σ０．９８／０．７４、クロスポール開口３５度）を用い、露光量とフォーカスを変化させながら露光を行い、その後任意の温度にて６０秒間ベーク（ＰＥＢ）し、その後任意の現像液により３０秒間現像し、その後ジイソアミルエーテルでリンスした。使用した現像液ＤＳ−１〜３を下記に示す。
ＤＳ−１：酢酸ブチル
ＤＳ−２：２−ヘプタノン
ＤＳ−３：酢酸ブチル／安息香酸メチルの質量比１：１混合溶剤
【０１１６】
また、マスクはバイナリーマスクであり、マスク上デザインが５５ｎｍドット／９０ｎｍピッチ（１／４倍縮小投影露光のためマスク上実寸法は４倍）のパターンについて、レジスト上に形成された反転パターンのホールパターンを電子顕微鏡にて観察した。ホール内径が５０ｎｍとなる露光量を最適露光量（Ｅｏｐ、ｍＪ／ｃｍ2）とし、最適露光量におけるパターン断面形状を電子顕微鏡にて観察し、以下の基準により良否を判別した。
良好：パターン側壁の垂直性が高い。好ましい形状。
不良：表層部が閉塞気味（Ｔ−トップ形状）又はパターン側壁が傾斜した逆テーパー形状
（表層部に近いほどライン幅大）。好ましくない形状。
【０１１７】
また、最適露光量においてホールパターンが解像しているフォーカス範囲を求め、焦点深度（ＤＯＦ（ｎｍ））とした。ＤＯＦの値が大きいほど、フォーカス変動に対する許容マージンが広く好ましい。
【０１１８】
また、比較例として、数種のレジスト組成物について、上記の有機溶剤ネガ現像と同様の方法にて露光、ＰＥＢまで行い、その後２．３８質量％ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）水溶液を現像液とするポジ型現像を行った。マスクは上記同様にバイナリーマスクであるが、マスク上デザインは５５ｎｍホール／９０ｎｍピッチ（１／４倍縮小投影露光のためマスク上実寸法は４倍）のパターンであり、レジスト上に形成されたホールパターンを電子顕微鏡にて観察した。上記の有機溶剤ネガ現像と同様の基準において、パターン形状とＤＯＦの評価を行った。
【０１１９】
［評価結果］
上記表１中の本発明のレジスト組成物を評価した際の条件（ＰＥＢ温度及び現像液）及び評価結果を下記表９に示す。また、上記表２中の比較例のレジスト組成物を評価した際の条件（ＰＥＢ温度及び現像液）及び評価結果を下記表１０に示す。また、比較例プロセスとしてのＴＭＡＨポジ型現像時の評価結果も表１０に示す。
【０１２０】
【表９】
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【０１２１】
【表１０】
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【０１２２】
表９，１０の結果より、特定の高分子化合物をベース樹脂として用い、光酸発生剤及び有機溶剤と組み合わせた本発明のレジスト組成物を有機溶剤ネガ型現像することによって、良好なパターン形状と広い焦点深度が得られることがわかった。
【０１２３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１２４】
１０  基板
２０  被加工基板
３０  中間介在層
４０  レジスト膜
【図１】
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【図９】
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【図１１】
0005682542.tif 000049
【図１３】
0005682542.tif 000050
【図２】
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【図３】
0005682542.tif 000052
【図４】
0005682542.tif 000053
【図５】
0005682542.tif 000054
【図６】
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【図７】
0005682542.tif 000056
【図８】
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【図１０】
0005682542.tif 000058
【図１２】
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【図１４】
0005682542.tif 000060
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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