JP2010237645A - Positive resist material and patterning process using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポジ型レジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂として好適な高分子化合物を用いたポジ型レジスト材料、及びパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a positive resist material, particularly a positive resist material using a polymer compound suitable as a base resin for a chemically amplified positive resist material, and a pattern forming method.
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急速に進んでいる。特にフラッシュメモリー市場の拡大と記憶容量の増大化が微細化を牽引している。微細化の細線はArFリソグラフィーによる65nmノードのデバイスの量産が行われており、次世代のArF液浸リソグラフィーによる45nmノードの量産準備が進行中である。次世代の32nmノードとしては、水よりも高屈折率の液体と高屈折率レンズ、高屈折率レジスト膜を組み合わせた超高NAレンズによる液浸リソグラフィー、波長13.5nmの真空紫外光(EUV)リソグラフィー、ArFリソグラフィーの2重露光(ダブルパターニングリソグラフィー)などが候補であり、検討が進められている。 With the high integration and high speed of LSI, pattern rule miniaturization is progressing rapidly. In particular, the expansion of the flash memory market and the increase in storage capacity are leading to miniaturization. The fine line for miniaturization is mass production of 65 nm node devices by ArF lithography, and preparation for mass production of 45 nm nodes by next generation ArF immersion lithography is in progress. Next generation 32nm node includes immersion lithography with ultra high NA lens combining liquid with higher refractive index than water, high refractive index lens and high refractive index resist film, vacuum ultraviolet light (EUV) with wavelength of 13.5nm Lithography, double exposure of ArF lithography (double patterning lithography), and the like are candidates and are being studied.
電子ビーム(EB)やX線などの非常に短波長な高エネルギー線においてはレジスト材料に用いられている炭化水素のような軽元素は吸収がほとんどなく、ポリヒドロキシスチレンベースのレジスト材料が検討されている。
EB用レジスト材料は、実用的にはマスク描画用途に用いられてきた。近年、マスク製作技術が問題視されるようになってきた。露光に用いられる光がg線の時代から縮小投影露光装置が用いられており、その縮小倍率は1/5であったが、チップサイズの拡大と、投影レンズの大口径化共に1/4倍率が用いられるようになってきたため、マスクの寸法ズレがウエハー上のパターンの寸法変化に与える影響が問題になっている。パターンの微細化と共に、マスクの寸法ズレの値よりもウエハー上の寸法ズレの方が大きくなってきていることが指摘されている。マスク寸法変化を分母、ウエハー上の寸法変化を分子として計算されたMask Error Enhancement Factor(MEEF)が求められている。45nm級のパターンでは、MEEFが4を超えることも珍しくない。縮小倍率が1/4でMEEFが4であれば、マスク制作において実質等倍マスクと同等の精度が必要であることがいえる。
マスク製作用露光装置は線幅の精度を上げるため、レーザービームによる露光装置から電子ビーム(EB)による露光装置が用いられてきた。更にEBの電子銃における加速電圧を上げることによってよりいっそうの微細化が可能になることから、10keVから30keV、最近は50keVが主流であり、100keVの検討も進められている。
Light elements such as hydrocarbons used in resist materials are hardly absorbed by very short wavelength high energy rays such as electron beams (EB) and X-rays, and polyhydroxystyrene-based resist materials have been studied. ing.
The resist material for EB has been practically used for mask drawing. In recent years, mask manufacturing techniques have become a problem. Reduced projection exposure apparatuses have been used since the light used for exposure was g-line, and the reduction magnification was 1/5. However, both the enlargement of the chip size and the enlargement of the projection lens have a 1/4 magnification. Therefore, the influence of the dimensional deviation of the mask on the dimensional change of the pattern on the wafer has become a problem. It has been pointed out that with the miniaturization of the pattern, the dimensional deviation on the wafer has become larger than the value of the dimensional deviation of the mask. There is a need for a mask error enhancement factor (MEEF) calculated using a mask dimensional change as a denominator and a dimensional change on a wafer as a numerator. It is not uncommon for MEEF to exceed 4 for 45 nm-class patterns. If the reduction ratio is 1/4 and the MEEF is 4, it can be said that the mask production requires the same accuracy as the substantially equal-size mask.
In order to increase the accuracy of the line width in the mask manufacturing exposure apparatus, an exposure apparatus using an electron beam (EB) has been used from an exposure apparatus using a laser beam. Furthermore, since further miniaturization is possible by increasing the acceleration voltage in the electron gun of EB, 10 keV to 30 keV, and recently 50 keV is the mainstream, and studies of 100 keV are also underway.
ここで、加速電圧の上昇と共に、レジスト膜の低感度化が問題になってきた。加速電圧が向上すると、レジスト膜内での前方散乱の影響が小さくなるため、電子描画エネルギーのコントラストが向上して解像度や寸法制御性が向上するが、レジスト膜内を素抜けの状態で電子が通過するため、レジスト膜の感度が低下する。マスク露光機は直描の一筆書きで露光するため、レジスト膜の感度低下は生産性の低下につながり好ましいことではない。高感度化の要求から、化学増幅型レジスト材料が検討されている。 Here, as the acceleration voltage increases, lowering the sensitivity of the resist film has become a problem. When the acceleration voltage is improved, the influence of forward scattering in the resist film is reduced, so that the contrast of the electron drawing energy is improved and the resolution and dimensional controllability are improved. Since it passes, the sensitivity of the resist film decreases. Since the mask exposure machine exposes by direct drawing with a single stroke, a decrease in sensitivity of the resist film leads to a decrease in productivity, which is not preferable. In view of the demand for higher sensitivity, chemically amplified resist materials are being studied.
マスク製作用EBリソグラフィーのパターンの微細化と共に、高アスペクト比による現像時のパターン倒れ防止のためにレジスト膜の薄膜化が進行している。光リソグラフィーの場合、レジスト膜の薄膜化が解像力向上に大きく寄与している。これはCMPなどの導入により、デバイスの平坦化が進行したためである。マスク作製の場合、基板は平坦であり、加工すべき基板(例えばCr、MoSi、SiO2)の膜厚は遮光率や位相差制御のために決まってしまっている。薄膜化するためにはレジスト膜のドライエッチング耐性を向上させる必要がある。 With the miniaturization of patterns in mask manufacturing EB lithography, the resist film is becoming thinner in order to prevent pattern collapse during development with a high aspect ratio. In the case of photolithography, the thinning of the resist film greatly contributes to the improvement of the resolution. This is because the planarization of the device has progressed with the introduction of CMP or the like. In the case of mask production, the substrate is flat, and the thickness of the substrate to be processed (for example, Cr, MoSi, SiO 2 ) is determined for light shielding rate and phase difference control. In order to reduce the thickness, it is necessary to improve the dry etching resistance of the resist film.
ここで、一般的にはレジスト膜の炭素の密度とドライエッチング耐性について相関があるといわれている。吸収の影響を受けないEB描画においては、エッチング耐性に優れるノボラックポリマーをベースとしたレジスト材料が開発されている。
特許第3865048号公報(特許文献1)に示されるインデン共重合、特開2006−169302号公報(特許文献2)に示されるアセナフチレン共重合は炭素密度が高いだけでなく、シクロオレフィン構造による剛直な主鎖構造によってエッチング耐性の向上が期待される。
また、特許第3963625号公報(特許文献3)、特開2006−96965号公報(特許文献4)に示されるバルキーなアセタールなどに示される環状構造を有するアセタール基による解像性の向上も示されている。
Here, it is generally said that there is a correlation between the carbon density of the resist film and the dry etching resistance. In EB drawing that is not affected by absorption, a resist material based on a novolak polymer having excellent etching resistance has been developed.
The indene copolymerization disclosed in Japanese Patent No. 3865048 (Patent Document 1) and the acenaphthylene copolymer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-169302 (Patent Document 2) are not only high in carbon density but also rigid due to the cycloolefin structure. The main chain structure is expected to improve etching resistance.
In addition, the resolution is improved by the acetal group having a cyclic structure shown in the bulky acetal shown in Japanese Patent No. 3963625 (Patent Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-96965 (Patent Document 4). ing.
また、F2露光と並んで70nm、あるいはそれ以降の微細加工における露光方法として期待される波長5〜20nmの難X線(EUV)露光において、炭素原子の吸収が少ないことが報告されている。炭素密度を上げることがドライエッチング耐性の向上だけでなく、軟X線波長領域における透過率向上にも効果的である(N. Matsuzawa et al.; Jp. J. Appl. Phys. Vol. 38 p7109−7113 (1999):非特許文献1)。 Further, it has been reported that the absorption of carbon atoms is small in difficult X-ray (EUV) exposure at a wavelength of 5 to 20 nm, which is expected as an exposure method in fine processing of 70 nm or later along with F 2 exposure. Increasing the carbon density is effective not only for improving dry etching resistance but also for improving transmittance in the soft X-ray wavelength region (N. Matsuzawa et al .; Jp. J. Appl. Phys. Vol. 38 p7109). -7113 (1999): Non-Patent Document 1).
微細化の進行と共に、酸の拡散による像のぼけが問題になっている(非特許文献2:SPIE Vol. 5039 p1 (2003))。寸法サイズ45nm以降の微細パターンでの解像性を確保するためには、従来提案されている溶解コントラストの向上だけでなく、酸拡散の制御が重要であることが提案されている(非特許文献3:SPIE Vol. 6520 65203L−1 (2007))。しかしながら、化学増幅型レジスト材料は、酸の拡散によって感度とコントラストを上げているため、ポストエクスポジュアーベーク(PEB)温度や時間を短くして酸拡散を極限まで抑えようとすると感度とコントラストが著しく低下する。 As the miniaturization progresses, image blur due to acid diffusion has become a problem (Non-patent Document 2: SPIE Vol. 5039 p1 (2003)). In order to ensure the resolution in a fine pattern with a size size of 45 nm or more, it is proposed that not only the conventionally proposed improvement in dissolution contrast but also the control of acid diffusion is important (Non-Patent Document). 3: SPIE Vol. 6520 65203L-1 (2007)). However, chemically amplified resist materials have increased sensitivity and contrast due to acid diffusion. Therefore, reducing the post-exposure bake temperature (PEB) temperature and time to limit acid diffusion results in sensitivity and contrast. It drops significantly.
SPIE Vol. 5753 p269 (2005)(非特許文献4)では、感度と解像度とラフネスのトライアングルトレードオフの関係が示されている。ここでは、露光マージン拡大のためには酸拡散を押さえることが必要であるが、酸拡散距離が50nm以下になると急激にラフネスが劣化することが報告されている。 SPIE Vol. 5753 p269 (2005) (Non-patent Document 4) shows the relationship between sensitivity, resolution, and roughness triangle trade-off. Here, it is necessary to suppress acid diffusion in order to expand the exposure margin, but it has been reported that the roughness deteriorates rapidly when the acid diffusion distance is 50 nm or less.
バルキーな酸が発生する酸発生剤を添加して酸拡散を抑えることは有効である。そこで、ポリマーに重合性オレフィンを有するオニウム塩の酸発生剤を共重合することが提案されている。特開平4−230645号公報(特許文献5)、特開2005−84365号公報(特許文献6)、特開2006−045311号公報(特許文献7)には特定のスルホン酸が発生する重合性オレフィンを有するスルホニウム塩、ヨードニウム塩が提案されている。特開2006−178317号公報(特許文献8)には、スルホン酸が主鎖に直結したスルホニウム塩が提案されている。 It is effective to suppress acid diffusion by adding an acid generator that generates a bulky acid. Therefore, it has been proposed to copolymerize an onium salt acid generator having a polymerizable olefin in the polymer. JP-A-4-230645 (Patent Document 5), JP-A-2005-84365 (Patent Document 6) and JP-A-2006-045311 (Patent Document 7) describe a polymerizable olefin that generates a specific sulfonic acid. A sulfonium salt and an iodonium salt having the above have been proposed. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-178317 (Patent Document 8) proposes a sulfonium salt in which a sulfonic acid is directly bonded to the main chain.
感度とラフネスのトレードオフの関係が示されている。例えばSPIE Vol. 3331 p531 (1998)(非特許文献5)では感度とラフネスの反比例の関係が示され、露光量増加によるショットノイズ低減によってレジスト膜のラフネスが低減することが予見されている。SPIE Vol. 5374 p74 (2004)(非特許文献6)には、クエンチャーを増量したレジスト膜がラフネス低減に有効であるが、同時に感度も劣化するためにEUVの感度とラフネスのトレードオフの関係があり、これを打破するために酸発生量子効率を高める必要性が示されている。 The relationship between sensitivity and roughness trade-off is shown. For example, SPIE Vol. 3331 p531 (1998) (Non-Patent Document 5) shows an inversely proportional relationship between sensitivity and roughness, and it is predicted that the roughness of the resist film is reduced by reducing shot noise due to an increase in exposure amount. SPIE Vol. In 5374 p74 (2004) (Non-Patent Document 6), a resist film with an increased amount of quencher is effective in reducing roughness, but at the same time the sensitivity deteriorates, so there is a trade-off relationship between sensitivity of EUV and roughness. There is a need to increase the quantum efficiency of acid generation to overcome this.
SPIE Vol. 5753 p361 (2005)(非特許文献7)では電子ビーム露光における酸発生機構として、露光によるポリマー励起によってPAGに電子が移動し、酸が放出される機構が提案されている。EB、EUVのどちらもイオン化ポテンシャルエネルギーの閾値10eVよりも高く、ベースポリマーが容易にイオン化することが推定される。 SPIE Vol. 5753 p361 (2005) (Non-Patent Document 7) proposes a mechanism for generating an acid in electron beam exposure, in which electrons are transferred to the PAG by polymer excitation due to exposure and acid is released. Both EB and EUV are higher than the ionization potential energy threshold of 10 eV, and it is estimated that the base polymer is easily ionized.
SPIE Vol. 5753 p1034 (2005)(非特許文献8)ではポリ−4−ヒドロキシスチレンがポリ−4−メトキシスチレンよりもEB露光における酸発生効率が高いことが示され、ポリ−4−ヒドロキシスチレンがEBの照射によって効率よくPAGに電子を移動させていることが示唆されている。 SPIE Vol. 5753 p1034 (2005) (Non-Patent Document 8) shows that poly-4-hydroxystyrene has higher acid generation efficiency in EB exposure than poly-4-methoxystyrene, and poly-4-hydroxystyrene is irradiated with EB. This suggests that electrons are efficiently transferred to the PAG.
そこで、電子移動による酸発生効率を高めるためにヒドロキシスチレン、酸拡散を小さく押さえるためにスルホン酸がポリマー主鎖に直結したPAGのメタクリレート、酸不安定基を有するメタクリレートを共重合した材料がSPIE Vol. 6519 p6519F1−1 (2007)(非特許文献9)に提案されている。 Therefore, a material obtained by copolymerizing hydroxystyrene for enhancing acid generation efficiency by electron transfer, methacrylate of PAG in which sulfonic acid is directly bonded to the polymer main chain to suppress acid diffusion, and methacrylate having acid labile group is SPIE Vol. . 6519 p6519F1-1 (2007) (non-patent document 9).
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、従来のポジ型レジスト材料を上回る高解像度でラインエッジラフネスが小さく、露光後のパターン形状が良好であるポジ型レジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂として好適な高分子化合物を用いたポジ型レジスト材料、及びパターン形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a higher resolution than conventional positive resist materials, a small line edge roughness, and a good pattern shape after exposure, particularly a chemically amplified positive resist material. It is an object of the present invention to provide a positive resist material using a polymer compound suitable as a base resin for the above and a pattern forming method.
本発明者らは、近年要望される高解像度、ラインエッジラフネスが小さいポジ型レジスト材料を得るべく鋭意検討を重ねた結果、これには特定の繰り返し単位を含むポリマーをポジ型レジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂として用いれば極めて有効であることを知見し、本発明を完成させたものである。 As a result of intensive investigations to obtain a positive resist material having high resolution and low line edge roughness, which has recently been demanded, the inventors of the present invention include a polymer containing a specific repeating unit as a positive resist material, particularly a chemical resist. It has been found that it is extremely effective when used as a base resin for an amplified positive resist material, and the present invention has been completed.
以上のことから、本発明者らは、更に酸拡散を抑えて溶解コントラストを向上させるためにカルボキシル基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位と、下記一般式(1)で示される基を有する繰り返し単位との共重合により得られるポリマーをポジ型レジスト材料、特に化学増幅ポジ型レジスト材料のベース樹脂として用いることにより、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、酸拡散を抑える効果が高く、高解像性を有し、露光後のパターン形状とエッジラフネスが良好である、特に超LSI製造用あるいはフォトマスクの微細パターン形成材料として好適なポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料が得られることを知見したものである。 From the above, the present inventors further have a repeating unit in which a hydrogen atom of a carboxyl group is substituted with an acid labile group in order to further suppress acid diffusion and improve dissolution contrast, and the following general formula (1): By using a polymer obtained by copolymerization with a repeating unit having the indicated group as a base resin of a positive resist material, particularly a chemically amplified positive resist material, the alkali dissolution rate contrast before and after exposure is significantly high, and acid diffusion Positive resist material that has a high effect of suppressing image quality, has high resolution, and has a good pattern shape and edge roughness after exposure, and is particularly suitable as a fine pattern forming material for VLSI manufacturing or photomasks, particularly It has been found that a chemically amplified positive resist material can be obtained.
本発明のポジ型レジスト材料は、特に、レジスト膜の溶解コントラストが高く、酸拡散を抑える効果が高く、高解像性を有し、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る。従って、これらの優れた特性を有することから実用性が極めて高く、超LSI用レジスト材料マスクパターン形成材料として非常に有効である。 The positive resist material of the present invention has a high dissolution contrast of the resist film, a high effect of suppressing acid diffusion, a high resolution, an exposure margin, excellent process adaptability, and a post-exposure process. The pattern shape is good. Therefore, since it has these excellent characteristics, it is very practical and is very effective as a resist material mask pattern forming material for VLSI.
即ち、本発明は、下記ポジ型レジスト材料並びにこれを用いたパターン形成方法を提供する。
請求項1:
カルボキシル基の水素原子が酸不安定基で置換されている繰り返し単位と、一般式(1)で示される基を有する繰り返し単位を含む重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物をベース樹脂にしていることを特徴とするポジ型レジスト材料。
請求項2:
上記一般式(1)で示される基を有する繰り返し単位が、下記一般式(2)で示される繰り返し単位であることを特徴とする請求項1記載のポジ型レジスト材料。
請求項3:
下記一般式(a)で示される繰り返し単位と、下記一般式(b)で示される酸不安定基を有する繰り返し単位が共重合されてなる下記一般式(3)で示される重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物をベース樹脂にしていることを特徴とする請求項2記載のポジ型レジスト材料。
請求項4:
上記一般式(3)中の繰り返し単位aと、カルボキシル基の水酸基が酸不安定基で置換された繰り返し単位bに加えて、ヒドロキシ基、ラクトン環、エーテル基、エステル基、カルボニル基、シアノ基から選ばれる密着性基の繰り返し単位cを共重合した(ここで0<a<1.0、0<b<1.0、0<c≦0.9、0.2≦a+b+c≦1.0の範囲である。)重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物をベース樹脂にしていることを特徴とする請求項3記載のポジ型レジスト材料。
請求項5:
更に、有機溶剤及び酸発生剤を含有する化学増幅型のレジスト材料であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料。
請求項6:
更に、溶解制御剤を含有するものであることを特徴とする請求項5記載のポジ型レジスト材料。
請求項7:
更に、添加剤として塩基性化合物及び/又は界面活性剤を配合してなることを特徴とする請求項5又は6記載のポジ型レジスト材料。
請求項8:
請求項1乃至7のいずれか1項記載のポジ型レジスト材料を基板上に塗布する工程と、加熱処理後、高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
請求項9:
露光する高エネルギー線が、電子ビーム、波長3〜15nmの範囲の軟X線であることを特徴とする請求項8記載のパターン形成方法。
That is, the present invention provides the following positive resist material and a pattern forming method using the same.
Claim 1:
A high weight average molecular weight in the range of 1,000 to 500,000 including a repeating unit in which a hydrogen atom of a carboxyl group is substituted with an acid labile group and a repeating unit having a group represented by the general formula (1) A positive resist material characterized in that a molecular compound is used as a base resin.
Claim 2:
2. The positive resist material according to claim 1, wherein the repeating unit having a group represented by the general formula (1) is a repeating unit represented by the following general formula (2).
Claim 3:
The weight average molecular weight represented by the following general formula (3) obtained by copolymerizing a repeating unit represented by the following general formula (a) and a repeating unit having an acid labile group represented by the following general formula (b) is 1 3. The positive resist material according to claim 2, wherein the base resin is a polymer compound in the range of 1,000,000 to 500,000.
Claim 4:
In addition to the repeating unit a in the general formula (3) and the repeating unit b in which the hydroxyl group of the carboxyl group is substituted with an acid labile group, a hydroxy group, a lactone ring, an ether group, an ester group, a carbonyl group, a cyano group The repeating unit c of the adhesive group selected from the above was copolymerized (where 0 <a <1.0, 0 <b <1.0, 0 <c ≦ 0.9, 0.2 ≦ a + b + c ≦ 1.0). 4. The positive resist composition according to claim 3, wherein the base resin is a polymer compound having a weight average molecular weight in the range of 1,000 to 500,000.
Claim 5:
5. The positive resist material according to claim 1, which is a chemically amplified resist material containing an organic solvent and an acid generator.
Claim 6:
6. The positive resist material according to claim 5, further comprising a dissolution control agent.
Claim 7:
The positive resist composition according to claim 5 or 6, further comprising a basic compound and / or a surfactant as an additive.
Claim 8:
A step of applying the positive resist material according to any one of claims 1 to 7 on a substrate, a step of exposing to high energy rays after heat treatment, and a step of developing using a developer. A pattern forming method characterized by the above.
Claim 9:
9. The pattern forming method according to claim 8, wherein the high energy rays to be exposed are electron beams and soft X-rays having a wavelength in the range of 3 to 15 nm.
以上のような本発明のポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料の用途としては、例えば、半導体回路形成におけるリソグラフィーだけでなく、マスク回路パターンの形成、あるいはマイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド回路形成にも応用することができる。 Examples of the use of the positive resist material of the present invention as described above, particularly the chemically amplified positive resist material, include not only lithography in semiconductor circuit formation, but also mask circuit pattern formation, micromachines, and thin film magnetic head circuits. It can also be applied to formation.
本発明のポジ型レジスト材料は、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、高解像性を有し、露光後のパターン形状とラインエッジラフネスが良好で、その上特に酸拡散速度を抑制できる。従って、特に超LSI製造用あるいはフォトマスクの微細パターン形成材料、EUV露光用のパターン形成材料として好適なポジ型レジスト材料、特には化学増幅ポジ型レジスト材料を得ることができる。 The positive resist material of the present invention has a significantly high alkali dissolution rate contrast before and after exposure, high resolution, good pattern shape after exposure and line edge roughness, and particularly suppresses acid diffusion rate. it can. Therefore, it is possible to obtain a positive resist material, particularly a chemically amplified positive resist material, which is particularly suitable as a fine pattern forming material for VLSI manufacturing or a photomask, and a pattern forming material for EUV exposure.
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明に係るレジスト材料は、下記一般式(1)で示される基を有する繰り返し単位を含む樹脂をベース樹脂にしていることを特徴とするレジスト材料である。
The resist material according to the present invention is a resist material characterized in that a base resin is a resin containing a repeating unit having a group represented by the following general formula (1).
一般式(1)で示される基は、好ましくは(メタ)アクリル酸のカルボキシル基の水素原子を置換したものであり、下記一般式(2)で示すことができる。
この場合、特にベース樹脂としては、少なくとも下記一般式(a)で示される繰り返し単位と、下記一般式(b)で示される酸不安定基を有する繰り返し単位が共重合されてなる下記一般式(3)で示される重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物が好ましい。
一般式(a)に示される繰り返し単位を得るためのモノマーは、具体的には下記に例示することができる。
本発明のポジ型レジスト材料中の繰り返し単位aとしては、環状の−O−C(=O)−S−又は−O−C(=O)−NH−を有するフェニルエステルを繰り返し単位に有することを特徴とする。環状の−O−C(=O)−S−又は−O−C(=O)−NH−を有するフェニルエステルは、それぞれヒドロキシ−1,3−ベンズオキサチオール−2−オン又はヒドロキシ2−ベンゾキサゾリノンのフェノールをエステル化することによって合成することができる。どちらも親水性が高く、密着性基として優れた特性を示す。−O−C(=O)−NH−を有するヒドロキシ2−ベンゾキサゾリノンから合成される方は、窒素原子を有するために酸拡散を抑える効果があるためにより好ましく用いられる。 The repeating unit a in the positive resist material of the present invention has a phenyl ester having cyclic —O—C (═O) —S— or —O—C (═O) —NH— in the repeating unit. It is characterized by. Phenyl esters having cyclic —O—C (═O) —S— or —O—C (═O) —NH— are hydroxy-1,3-benzoxiathiol-2-one or hydroxy-2-benzo, respectively. It can be synthesized by esterifying the phenol of xazolinone. Both are highly hydrophilic and exhibit excellent properties as adhesive groups. The one synthesized from hydroxy 2-benzoxazolinone having —O—C (═O) —NH— is more preferably used because it has a nitrogen atom and has an effect of suppressing acid diffusion.
一般式(3)中の酸不安定基を有する繰り返し単位bを得るためのモノマーとしては、下記一般式(4)で示すことができる。
この場合、ラクトン環を有する炭素数1〜12の連結基としては、下記のものを例示することができる。
酸不安定基(一般式(3)及び(4)中のR3の酸不安定基)は、種々選定されるが、同一でも異なっていてもよく、特に下記式(A−1)〜(A−3)で置換された基で示されるものが挙げられる。 The acid labile group (the acid labile group of R 3 in the general formulas (3) and (4)) is variously selected and may be the same or different. In particular, the following formulas (A-1) to ( Examples thereof include those represented by the group substituted by A-3).
式(A−1)において、R30は炭素数4〜20、好ましくは4〜15の三級アルキル基、各アルキル基がそれぞれ炭素数1〜6のトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基又は上記一般式(A−3)で示される基を示し、三級アルキル基として具体的には、tert−ブチル基、tert−アミル基、1,1−ジエチルプロピル基、1−エチルシクロペンチル基、1−ブチルシクロペンチル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−ブチルシクロヘキシル基、1−エチル−2−シクロペンテニル基、1−エチル−2−シクロヘキセニル基、2−メチル−2−アダマンチル基等が挙げられ、トリアルキルシリル基として具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等が挙げられ、オキソアルキル基として具体的には、3−オキソシクロヘキシル基、4−メチル−2−オキソオキサン−4−イル基、5−メチル−2−オキソオキソラン−5−イル基等が挙げられる。a1は0〜6の整数である。 In the formula (A-1), R 30 is a tertiary alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 15 carbon atoms, each alkyl group is a trialkylsilyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 4 to 20 carbon atoms. An oxoalkyl group or a group represented by the above general formula (A-3) is shown. Specific examples of the tertiary alkyl group include a tert-butyl group, a tert-amyl group, a 1,1-diethylpropyl group, and 1-ethyl. Cyclopentyl group, 1-butylcyclopentyl group, 1-ethylcyclohexyl group, 1-butylcyclohexyl group, 1-ethyl-2-cyclopentenyl group, 1-ethyl-2-cyclohexenyl group, 2-methyl-2-adamantyl group, etc. Specific examples of the trialkylsilyl group include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a dimethyl-tert-butylsilyl group, and the like. Specifically oxoalkyl group, 3-oxo-cyclohexyl group, 4-methyl-2-oxooxan-4-yl group, and 5-methyl-2-oxooxolan-5-yl group. a1 is an integer of 0-6.
式(A−2)において、R31、R32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−オクチル基等を例示できる。R33は炭素数1〜18、好ましくは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、分岐状もしく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、具体的には下記の置換アルキル基等が例示できる。 In the formula (A-2), R 31 and R 32 represent a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, specifically a methyl group, Examples thereof include an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a 2-ethylhexyl group, and an n-octyl group. R 33 represents a monovalent hydrocarbon group which may have a hetero atom such as an oxygen atom having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkyl group, Examples include those in which a part of hydrogen atoms are substituted with a hydroxyl group, an alkoxy group, an oxo group, an amino group, an alkylamino group, and the like, and specific examples include the following substituted alkyl groups.
R31とR32、R31とR33、R32とR33とは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、環を形成する場合には環の形成に関与するR31、R32、R33はそれぞれ炭素数1〜18、好ましくは1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示し、好ましくは環の炭素数は3〜10、特に4〜10である。 R 31 and R 32 , R 31 and R 33 , and R 32 and R 33 may combine to form a ring together with the carbon atom to which they are bonded. In the case of forming a ring, it participates in the formation of the ring. R 31 , R 32 , and R 33 each represent a linear or branched alkylene group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, and preferably the ring has 3 to 10 carbon atoms, particularly 4 to 10 carbon atoms. is there.
上記式(A−1)の酸不安定基としては、具体的にはtert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−アミロキシカルボニル基、tert−アミロキシカルボニルメチル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、1−エトキシエトキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が例示できる。 Specific examples of the acid labile group of the above formula (A-1) include tert-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonylmethyl group, tert-amyloxycarbonyl group, tert-amyloxycarbonylmethyl group, 1,1 -Diethylpropyloxycarbonyl group, 1,1-diethylpropyloxycarbonylmethyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonylmethyl group, 1-ethyl-2-cyclopentenyloxycarbonyl group, 1-ethyl Examples include 2-cyclopentenyloxycarbonylmethyl group, 1-ethoxyethoxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydropyranyloxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydrofuranyloxycarbonylmethyl group and the like.
更に、下記式(A−1)−1〜(A−1)−10で示される置換基を挙げることもできる。
ここで、R37は互いに同一又は異種の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基、R38は水素原子、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基である。
また、R39は互いに同一又は異種の炭素数2〜10の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基である。
a1は上記の通りである。
Here, R 37 is the same or different from each other, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, R 38 is a hydrogen atom, or 1 to 1 carbon atoms. 10 linear, branched or cyclic alkyl groups.
R 39 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 2 to 10 carbon atoms that is the same or different from each other, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
a1 is as described above.
上記式(A−2)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、下記式(A−2)−1〜(A−2)−35のものを例示することができる。 Of the acid labile groups represented by the above formula (A-2), examples of the linear or branched groups include those of the following formulas (A-2) -1 to (A-2) -35. be able to.
上記式(A−2)で示される酸不安定基のうち、環状のものとしては、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−イル基等が挙げられる。 Among the acid labile groups represented by the above formula (A-2), the cyclic ones include tetrahydrofuran-2-yl group, 2-methyltetrahydrofuran-2-yl group, tetrahydropyran-2-yl group, 2- Examples thereof include a methyltetrahydropyran-2-yl group.
また、下記一般式(A−2a)あるいは(A−2b)で表される酸不安定基によってベース樹脂が分子間あるいは分子内架橋されていてもよい。 Further, the base resin may be intermolecularly or intramolecularly crosslinked by an acid labile group represented by the following general formula (A-2a) or (A-2b).
式中、R40、R41は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。又は、R40とR41は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、環を形成する場合にはR40、R41は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を示す。R42は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、b1、d1は0又は1〜10、好ましくは0又は1〜5の整数、c1は1〜7の整数である。Aは、(c1+1)価の炭素数1〜50の脂肪族もしくは脂環式飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基又はヘテロ環基を示し、これらの基はヘテロ原子を介在してもよく、又はその炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、カルボニル基又はフッ素原子によって置換されていてもよい。Bは−CO−O−、−NHCO−O−又は−NHCONH−を示す。 In the formula, R 40 and R 41 represent a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Alternatively, R 40 and R 41 may be bonded to form a ring together with the carbon atom to which they are bonded. When forming a ring, R 40 and R 41 are linear or branched having 1 to 8 carbon atoms. -Like alkylene group. R 42 is a straight-chain having 1 to 10 carbon atoms, branched or cyclic alkylene group, b1, d1 is 0 or 1 to 10, preferably 0 or an integer of 1 to 5, c1 is an integer of 1-7 . A represents a (c1 + 1) -valent aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon group having 1 to 50 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group or a heterocyclic group, and these groups may intervene a hetero atom, Alternatively, a part of hydrogen atoms bonded to the carbon atom may be substituted with a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, or a fluorine atom. B represents —CO—O—, —NHCO—O— or —NHCONH—.
この場合、好ましくは、Aは2〜4価の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、アルキルトリイル基、アルキルテトライル基、炭素数6〜30のアリーレン基であり、これらの基はヘテロ原子を介在していてもよく、またその炭素原子に結合する水素原子の一部が水酸基、カルボキシル基、アシル基又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。また、c1は好ましくは1〜3の整数である。 In this case, preferably, A is a divalent to tetravalent C1-20 linear, branched or cyclic alkylene group, an alkyltriyl group, an alkyltetrayl group, or an arylene group having 6 to 30 carbon atoms. In these groups, a hetero atom may be interposed, and a part of hydrogen atoms bonded to the carbon atom may be substituted with a hydroxyl group, a carboxyl group, an acyl group, or a halogen atom. C1 is preferably an integer of 1 to 3.
一般式(A−2a)、(A−2b)で示される架橋型アセタール基は、具体的には下記式(A−2)−36〜(A−2)−43のものが挙げられる。 Specific examples of the crosslinked acetal groups represented by the general formulas (A-2a) and (A-2b) include those represented by the following formulas (A-2) -36 to (A-2) -43.
次に、式(A−3)においてR34、R35、R36は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキル基等の1価炭化水素基であり、酸素、硫黄、窒素、フッ素などのヘテロ原子を含んでもよく、R34とR35、R34とR36、R35とR36とは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の脂環を形成してもよい。 Next, in the formula (A-3), R 34 , R 35 and R 36 are monovalent hydrocarbon groups such as a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, oxygen, sulfur, It may contain heteroatoms such as nitrogen and fluorine, and R 34 and R 35 , R 34 and R 36 , R 35 and R 36 are bonded to each other, and together with the carbon atom to which they are bonded, a C 3-20 fat A ring may be formed.
式(A−3)に示される三級アルキル基としては、tert−ブチル基、トリエチルカルビル基、1−エチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロペンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基、tert−アミル基等を挙げることができる。 As the tertiary alkyl group represented by the formula (A-3), a tert-butyl group, a triethylcarbyl group, a 1-ethylnorbornyl group, a 1-methylcyclohexyl group, a 1-ethylcyclopentyl group, 2- (2- A methyl) adamantyl group, a 2- (2-ethyl) adamantyl group, a tert-amyl group, and the like.
また、三級アルキル基としては、下記に示す式(A−3)−1〜(A−3)−18を具体的に挙げることもできる。
式(A−3)−1〜(A−3)−18中、R43は同一又は異種の炭素数1〜8の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のフェニル基等のアリール基を示す。R44、R46は水素原子、又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を示す。R45は炭素数6〜20のフェニル基等のアリール基を示す。 In formulas (A-3) -1 to (A-3) -18, R 43 is the same or different, linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or having 6 to 20 carbon atoms. An aryl group such as a phenyl group is shown. R 44 and R 46 represent a hydrogen atom or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. R 45 represents an aryl group such as a phenyl group having 6 to 20 carbon atoms.
更に、下記式(A−3)−19、(A−3)−20に示すように、2価以上のアルキレン基、アリーレン基であるR47を含んで、ポリマーの分子内あるいは分子間が架橋されていてもよい。
式(A−3)−19、(A−3)−20中、R43は前述と同様、R47は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、又はフェニレン基等のアリーレン基を示し、酸素原子や硫黄原子、窒素原子などのヘテロ原子を含んでいてもよい。e1は1〜3の整数である。 In formulas (A-3) -19 and (A-3) -20, R 43 is the same as described above, and R 47 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a phenylene group, or the like. And may contain a hetero atom such as an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom. e1 is an integer of 1 to 3.
特に式(A−3)の酸不安定基としては下記式(A−3)−21に示されるエキソ体構造を有する(メタ)アクリル酸エステルの繰り返し単位が好ましく挙げられる。 In particular, the acid labile group of the formula (A-3) is preferably a repeating unit of a (meth) acrylic acid ester having an exo structure represented by the following formula (A-3) -21.
(式中、R2、bは前述の通り、Rc3は炭素数1〜8の直鎖状、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す。Rc4〜Rc9及びRc12、Rc13はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜15のヘテロ原子を含んでもよい1価の炭化水素基を示し、Rc10、Rc11は水素原子を示す。あるいは、Rc4とRc5、Rc6とRc8、Rc6とRc9、Rc7とRc9、Rc7とRc13、Rc8とRc12、Rc10とRc11又はRc11とRc12は互いに環を形成していてもよく、その場合には炭素数1〜15のヘテロ原子を含んでもよい2価の炭化水素基を示す。またRc4とRc13、Rc10とRc13又はRc6とRc8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。Rc14は水素原子、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。また、本式により、鏡像体も表す。)
(Wherein R 2 and b are as described above, R c3 represents a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms. R c4 to R c9 and R c12 and R c13 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group that may contain a hetero atom having 1 to 15 carbon atoms, and R c10 and R c11 each represent a hydrogen atom. . Alternatively, R c4 and R c5, R c6 and R c8, R c6 and R c9, R c7 and R c9, R c7 and R c13, R c8 and R c12, R c10 and R c11, or R c11 and R c12 Represents a divalent hydrocarbon group which may form a ring with each other and may contain a hetero atom having 1 to 15 carbon atoms, R c4 and R c13 , R c10 and R c13 or R c6 and R c8 is bonded without anything intervening in between those bonded to the adjacent carbon may also form a double bond .R c14 is a hydrogen atom, 1 to 15 carbon atoms Straight, branched or cyclic alkyl group. The formula also represents enantiomer.)
ここで、一般式(A−3)−21に示すエキソ構造を有する繰り返し単位を得るためのエステル体のモノマーとしては特開2000−327633号公報に示されている。具体的には下記に挙げることができるが、これらに限定されることはない。 Here, an ester monomer for obtaining a repeating unit having an exo structure represented by the general formula (A-3) -21 is disclosed in JP-A No. 2000-327633. Specific examples include the following, but are not limited thereto.
次に式(A−3)に示される酸不安定基としては、下記式(A−3)−22に示されるフランジイル、テトラヒドロフランジイル又はオキサノルボルナンジイルを有する(メタ)アクリル酸エステルの酸不安定基を挙げることができる。 Next, as the acid labile group represented by the formula (A-3), the acid resistance of (meth) acrylic acid ester having frangyl, tetrahydrofurandiyl or oxanorbornanediyl represented by the following formula (A-3) -22 is used. Mention may be made of stabilizing groups.
(式中、R2、bは前述の通りである。Rc14、Rc15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1価炭化水素基を示す。又は、Rc14、Rc15は互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に脂肪族炭化水素環を形成してもよい。Rc16はフランジイル、テトラヒドロフランジイル又はオキサノルボルナンジイルから選ばれる2価の基を示す。Rc17は水素原子又はヘテロ原子を含んでもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状又は環状の1価炭化水素基を示す。)
(Wherein R 2 and b are as defined above. R c14 and R c15 each independently represent a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. c14, R c15 good .R c16 also to form an aliphatic hydrocarbon ring is a divalent group selected from the flange-yl, tetrahydrofuran oxanorbornanediyl with the carbon atom to which they are attached. R c17 represents a linear, branched or cyclic monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may contain a hydrogen atom or a hetero atom.
フランジイル、テトラヒドロフランジイル又はオキサノルボルナンジイルを有する酸不安定基で置換された繰り返し単位を得るためのモノマーは下記に例示される。なお、Acはアセチル基、Meはメチル基を示す。 Monomers for obtaining repeating units substituted with acid labile groups having frangyl, tetrahydrofuraniyl or oxanorbornanediyl are exemplified below. Ac represents an acetyl group and Me represents a methyl group.
また、本発明において、ベース樹脂は、一般式(3)中の繰り返し単位aと、カルボキシル基の水酸基が酸不安定基で置換された繰り返し単位bに加えて、ヒドロキシ基、ラクトン環、エーテル基、エステル基、カルボニル基、シアノ基から選ばれる密着性基の繰り返し単位cを共重合した重量平均分子量が1,000〜500,000の範囲である高分子化合物(ここで0<a<1.0、0<b<1.0、0<c≦0.9、0.2≦a+b+c≦1.0の範囲である。)であることが好ましい。 In the present invention, the base resin includes a repeating unit a in the general formula (3) and a repeating unit b in which the hydroxyl group of the carboxyl group is substituted with an acid labile group, in addition to a hydroxy group, a lactone ring, and an ether group. , A polymer compound having a weight average molecular weight in the range of 1,000 to 500,000 (0 <a <1. 0, 0 <b <1.0, 0 <c ≦ 0.9, 0.2 ≦ a + b + c ≦ 1.0.).
ヒドロキシ基、ラクトン環、エーテル基、エステル基、カルボニル基、又はシアノ基を密着性基とする繰り返し単位cを得るためのモノマーとしては、具体的には下記に例示することができる。 Specific examples of the monomer for obtaining the repeating unit c having a hydroxy group, a lactone ring, an ether group, an ester group, a carbonyl group, or a cyano group as an adhesive group can be given below.
ヒドロキシ基を有するモノマーの場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基などの酸によって脱保護し易いアセタール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。 In the case of a monomer having a hydroxy group, the hydroxy group may be replaced with an acetal that can be easily deprotected with an acid such as an ethoxyethoxy group at the time of polymerization, and then deprotected with a weak acid and water after the polymerization. It may be substituted with a group, a pivaloyl group or the like and subjected to alkali hydrolysis after polymerization.
また、下記一般式(5)に示されるインデンd1、アセナフチレンd2、クロモンd3、クマリンd4、ノルボルナジエンd5などの繰り返し単位dを共重合することもできる。 In addition, repeating units d such as indene d1, acenaphthylene d2, chromone d3, coumarin d4, norbornadiene d5 represented by the following general formula (5) can also be copolymerized.
(式中、R4〜R8は水素原子、炭素数1〜30のアルキル基、一部又は全てがハロゲン原子で置換されたアルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルカノイル基又はアルコキシカルボニル基、又は炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子、又は1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール基である。Xはメチレン基、酸素原子、又は硫黄原子である。d1は0≦d1≦0.4、d2は0≦d2≦0.4、d3は0≦d3≦0.4、d4は0≦d4≦0.4、d5は0≦d5≦0.4、0≦d1+d2+d3+d4+d5≦0.4である。)
Wherein R 4 to R 8 are a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkyl group partially or entirely substituted with a halogen atom, a hydroxy group, an alkoxy group, an alkanoyl group or an alkoxycarbonyl group, or An aryl group having 6 to 10 carbon atoms, a halogen atom, or a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol group, and X is a methylene group, an oxygen atom, or a sulfur atom. Is 0 ≦ d1 ≦ 0.4, d2 is 0 ≦ d2 ≦ 0.4, d3 is 0 ≦ d3 ≦ 0.4, d4 is 0 ≦ d4 ≦ 0.4, d5 is 0 ≦ d5 ≦ 0.4, 0 ≦ d1 + d2 + d3 + d4 + d5 ≦ 0.4)
下記一般式(6)に示される繰り返し単位eを追加共重合することもできる。
(式中、R9は水素原子又はメチル基を表し、R10は酸不安定基である。qは1又は2である。eは0≦e≦0.4である。)
The repeating unit e represented by the following general formula (6) can be additionally copolymerized.
(In the formula, R 9 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 10 is an acid labile group, q is 1 or 2, and e is 0 ≦ e ≦ 0.4.)
繰り返し単位a、b、c、d、e以外に共重合できる繰り返し単位fとしては、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、メチレンインダンなどが挙げられる。 Examples of the repeating unit f that can be copolymerized in addition to the repeating units a, b, c, d, and e include styrene, vinyl naphthalene, vinyl anthracene, vinyl pyrene, and methylene indan.
重合性オレフィンを有するオニウム塩の酸発生剤gを共重合することもできる。
特開平4−230645号公報、特開2005−84365号公報、特開2006−045311号公報には、特定のスルホン酸が発生する重合性オレフィンを有するスルホニウム塩、ヨードニウム塩が提案されている。特開2006−178317号公報には、スルホン酸が主鎖に直結したスルホニウム塩が提案されている。
An onium salt acid generator g having a polymerizable olefin may be copolymerized.
JP-A-4-230645, JP-A-2005-84365, and JP-A-2006-045311 propose sulfonium salts and iodonium salts having a polymerizable olefin that generates a specific sulfonic acid. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-178317 proposes a sulfonium salt in which a sulfonic acid is directly bonded to the main chain.
本発明では、下記一般式(7)で示されるスルホニウム塩を持つ繰り返し単位g1、g2、g3を共重合することができる。
(上記式中、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−R−、又は−C(=O)−Y−R−である。Yは酸素原子又はNH、Rは炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキレン基、フェニレン基又はアルケニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ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、フェニレン基又はアルケニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。M-は非求核性対向イオンを表す。g1は0≦g1≦0.3、g2は0≦g2≦0.3、g3は0≦g3≦0.3、0≦g1+g2+g3≦0.3である。)
In the present invention, repeating units g1, g2, and g3 having a sulfonium salt represented by the following general formula (7) can be copolymerized.
(In the above formula, R 20 , R 24 , and R 28 are a hydrogen atom or a methyl group, R 21 is a single bond, a phenylene group, —O—R—, or —C (═O) —Y—R—. Y is an oxygen atom or NH, R is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group or an alkenylene group, and includes a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group. R 22 , R 23 , R 25 , R 26 , R 27 , R 29 , R 30 and R 31 are the same or different linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms. , A carbonyl group, an ester group or an ether group, or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a thiophenyl group, Z 0 is a single bond, a methylene group, ethylene Group, phenylene group, fluorinated phenylene group,- -R 32 -, or -C (= O) -Z 1 -R 32 - is a .Z 1 is an oxygen atom or NH, R 32 may a straight, branched or cyclic alkylene group of , A phenylene group or an alkenylene group, which may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group, M − represents a non-nucleophilic counter ion, g 1 represents 0 ≦ g 1 ≦ 0.3, g 2 Is 0 ≦ g2 ≦ 0.3, g3 is 0 ≦ g3 ≦ 0.3, and 0 ≦ g1 + g2 + g3 ≦ 0.3.)
M-の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ライドイオン、トリフレート、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート、トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート、メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネート、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロブチルスルホニル)イミド等のイミド酸、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド、トリス(パーフルオロエチルスルホニル)メチドなどのメチド酸を挙げることができる。 Non-nucleophilic counter ions of M − include halide ions such as chloride ions and bromide ions, triflate, fluoroalkyl sulfonates such as 1,1,1-trifluoroethanesulfonate, nonafluorobutanesulfonate, tosylate, and benzene. Sulfonate, 4-fluorobenzene sulfonate, aryl sulfonate such as 1,2,3,4,5-pentafluorobenzene sulfonate, alkyl sulfonate such as mesylate and butane sulfonate, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, bis (perfluoroethyl) Mention acid such as imide) such as sulfonyl) imide, bis (perfluorobutylsulfonyl) imide, tris (trifluoromethylsulfonyl) methide, tris (perfluoroethylsulfonyl) methide It can be.
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ラインエッジラフネス(LER、LWR)が改善される。 By binding an acid generator to the polymer main chain, acid diffusion can be reduced, and degradation of resolution due to blurring of acid diffusion can be prevented. Further, the line edge roughness (LER, LWR) is improved by uniformly dispersing the acid generator.
これら高分子化合物を合成するには、1つの方法としては、繰り返し単位a〜gを与えるモノマーのうち所望のモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加え加熱重合を行い、共重合体の高分子化合物を得ることができる。 In order to synthesize these polymer compounds, as one method, a desired monomer among the monomers giving the repeating units a to g is heated in an organic solvent with a radical polymerization initiator added, and the copolymer is heated. A polymer compound can be obtained.
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、ジオキサン等が例示できる。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例示でき、好ましくは50〜80℃に加熱して重合できる。反応時間としては2〜100時間、好ましくは5〜20時間である。 Examples of the organic solvent used at the time of polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane and the like. As polymerization initiators, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2-azobis (2-methylpropionate) ), Benzoyl peroxide, lauroyl peroxide and the like, and preferably polymerized by heating to 50 to 80 ° C. The reaction time is 2 to 100 hours, preferably 5 to 20 hours.
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、ヒドロキシビニルナフタレンの代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、重合後上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ポリヒドロキシスチレン、ヒドロキシポリビニルナフタレンにする方法もある。 When copolymerizing hydroxystyrene and hydroxyvinylnaphthalene, acetoxystyrene and acetoxyvinylnaphthalene are used in place of hydroxystyrene and hydroxyvinylnaphthalene, and after polymerization, the acetoxy group is deprotected by the above alkaline hydrolysis to produce polyhydroxystyrene and hydroxyhydroxyl. There is also a method of making polyvinyl naphthalene.
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。また反応温度としては−20〜100℃、好ましくは0〜60℃であり、反応時間としては0.2〜100時間、好ましくは0.5〜20時間である。 Ammonia water, triethylamine, etc. can be used as the base during the alkali hydrolysis. The reaction temperature is −20 to 100 ° C., preferably 0 to 60 ° C., and the reaction time is 0.2 to 100 hours, preferably 0.5 to 20 hours.
ここで、繰り返し単位a〜cの割合は、0<a<1.0、0<b<1.0、0≦c≦0.9、特に0<c≦0.9、0.2≦a+b+c≦1.0であり、好ましくは0.05≦a≦0.9、0.1≦b≦0.8、0.1≦c≦0.8、0.3≦a+b+c≦1.0、より好ましくは0.1≦a≦0.8、0.15≦b≦0.7、0.15≦c≦0.7、0.4≦a+b+c≦1.0である。
この場合、繰り返し単位d〜gの割合は、0≦d+e+f+g≦0.8、特に0≦d+e+f+g≦0.7であることが好ましく、a+b+c+d+e+f+g=1である。
なお、例えば、a+b+c=1とは、繰り返し単位a、b、cを含む高分子化合物において、繰り返し単位a、b、cの合計量が全繰り返し単位の合計量に対して100モル%であることを示し、a+b+c<1とは、繰り返し単位a、b、cの合計量が全繰り返し単位の合計量に対して100モル%未満でa、b、c以外に他の繰り返し単位を有していることを示す。
Here, the ratio of the repeating units a to c is 0 <a <1.0, 0 <b <1.0, 0 ≦ c ≦ 0.9, particularly 0 <c ≦ 0.9, 0.2 ≦ a + b + c. ≦ 1.0, preferably 0.05 ≦ a ≦ 0.9, 0.1 ≦ b ≦ 0.8, 0.1 ≦ c ≦ 0.8, 0.3 ≦ a + b + c ≦ 1.0, and more Preferably, 0.1 ≦ a ≦ 0.8, 0.15 ≦ b ≦ 0.7, 0.15 ≦ c ≦ 0.7, and 0.4 ≦ a + b + c ≦ 1.0.
In this case, the ratio of the repeating units d to g is preferably 0 ≦ d + e + f + g ≦ 0.8, particularly preferably 0 ≦ d + e + f + g ≦ 0.7, and a + b + c + d + e + f + g = 1.
For example, a + b + c = 1 means that in a polymer compound containing repeating units a, b, and c, the total amount of repeating units a, b, and c is 100 mol% with respect to the total amount of all repeating units. A + b + c <1 means that the total amount of the repeating units a, b and c is less than 100 mol% with respect to the total amount of all the repeating units and has other repeating units in addition to a, b and c. It shows that.
本発明のポジ型レジスト材料に用いられる高分子化合物は、それぞれ重量平均分子量が1,000〜500,000、好ましくは2,000〜30,000である。重量平均分子量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易くなってしまう。
なお、重量平均分子量(Mw)はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いたポリスチレン換算による測定値である。
The polymer compound used in the positive resist material of the present invention has a weight average molecular weight of 1,000 to 500,000, preferably 2,000 to 30,000. If the weight average molecular weight is too small, the resist material is inferior in heat resistance. If the weight average molecular weight is too large, the alkali solubility is lowered, and a trailing phenomenon is likely to occur after pattern formation.
The weight average molecular weight (Mw) is a measured value in terms of polystyrene using gel permeation chromatography (GPC).
更に、本発明のポジ型レジスト材料に用いられる高分子化合物においては、多成分共重合体の分子量分布(Mw/Mn)が広い場合は低分子量や高分子量の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。それ故、パターンルールが微細化するに従ってこのような分子量、分子量分布の影響が大きくなり易いことから、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、使用する多成分共重合体の分子量分布は1.0〜2.0、特に1.0〜1.5と狭分散であることが好ましい。
また、組成比率や分子量分布や分子量が異なる2つ以上のポリマーをブレンドすることも可能である。
Furthermore, in the high molecular compound used in the positive resist material of the present invention, when the molecular weight distribution (Mw / Mn) of the multi-component copolymer is wide, there is a low molecular weight or high molecular weight polymer. Foreign matter is seen on the pattern or the shape of the pattern is deteriorated. Therefore, since the influence of such molecular weight and molecular weight distribution tends to increase as the pattern rule becomes finer, in order to obtain a resist material suitably used for fine pattern dimensions, the multi-component copolymer to be used is obtained. The molecular weight distribution is preferably from 1.0 to 2.0, particularly preferably from 1.0 to 1.5 and narrow dispersion.
It is also possible to blend two or more polymers having different composition ratios, molecular weight distributions, and molecular weights.
本発明に用いられる高分子化合物は、ポジ型レジスト材料のベース樹脂として好適で、このような高分子化合物をベース樹脂とし、これに有機溶剤、酸発生剤、溶解制御剤、塩基性化合物、界面活性剤等を目的に応じ適宜組み合わせて配合してポジ型レジスト材料を構成することによって、露光部では前記高分子化合物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とすることができ、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、より優れたエッチング耐性を示し、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。特に、酸発生剤を含有させ、酸触媒反応を利用した化学増幅ポジ型レジスト材料とすると、より高感度のものとすることができると共に、諸特性が一層優れたものとなり極めて有用なものとなる。 The polymer compound used in the present invention is suitable as a base resin for a positive resist material. Such a polymer compound is used as a base resin, and an organic solvent, an acid generator, a dissolution controller, a basic compound, an interface By combining the activator and the like appropriately in accordance with the purpose to form a positive resist material, the dissolution rate of the polymer compound in the developing solution is accelerated by a catalytic reaction in the exposed area, so that a highly sensitive positive resist is formed. Type resist material, resist film with high dissolution contrast and resolution, exposure margin, excellent process adaptability, good pattern shape after exposure, and better etching resistance In particular, since the acid diffusion can be suppressed, the difference in density between the layers is small. It can be such things. In particular, when a chemically amplified positive resist material containing an acid generator and utilizing an acid catalyzed reaction is used, the sensitivity can be increased, and various characteristics are further improved and extremely useful. .
また、ポジ型レジスト材料に溶解制御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。 In addition, by adding a dissolution control agent to the positive resist material, the difference in dissolution rate between the exposed area and the unexposed area can be further increased, and the resolution can be further improved.
更に、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抑制し解像度を一層向上させることができるし、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。 Furthermore, by adding a basic compound, for example, the acid diffusion rate in the resist film can be suppressed to further improve the resolution, and by adding a surfactant, the coatability of the resist material can be further improved. Alternatively, it can be controlled.
本発明のポジ型レジスト材料には、本発明のパターン形成方法に用いる化学増幅ポジ型レジスト材料を機能させるために酸発生剤を含んでもよく、例えば、活性光線又は放射線に感応して酸を発生する化合物(光酸発生剤)を含有してもよい。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る。以下に詳述するが、これらは単独であるいは2種以上混合して用いることができる。
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。
The positive resist material of the present invention may contain an acid generator for causing the chemically amplified positive resist material used in the pattern forming method of the present invention to function. For example, it generates an acid in response to actinic rays or radiation. May contain a compound (photoacid generator). The component of the photoacid generator may be any compound that generates an acid upon irradiation with high energy rays. Suitable photoacid generators include sulfonium salts, iodonium salts, sulfonyldiazomethane, N-sulfonyloxyimide, oxime-O-sulfonate type acid generators, and the like. Although described in detail below, these can be used alone or in admixture of two or more.
Specific examples of the acid generator are described in paragraphs [0122] to [0142] of JP-A-2008-111103.
本発明のレジスト材料は、更に、有機溶剤、塩基性化合物、溶解制御剤、界面活性剤、アセチレンアルコール類のいずれか1つ以上を含有することができる。
有機溶媒の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0144]〜[0145]、塩基性化合物としては段落[0146]〜[0164]、界面活性剤は段落[0165]〜[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は段落[0179]〜[0182]に記載されている。特開2008−239918号記載のポリマー型のクエンチャーを添加することもできる。このものは、コート後のレジスト表面に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のラウンディングを防止する効果もある。
The resist material of the present invention can further contain any one or more of an organic solvent, a basic compound, a dissolution controller, a surfactant, and acetylene alcohols.
Specific examples of the organic solvent include paragraphs [0144] to [0145] of JP-A-2008-111103, paragraphs [0146] to [0164] as the basic compound, and paragraphs [0165] to [0166] of the surfactant. ], The dissolution control agent is described in paragraphs [0155] to [0178] of JP-A-2008-122932, and the acetylene alcohols are described in paragraphs [0179] to [0182]. A polymer-type quencher described in JP-A-2008-239918 can also be added. This enhances the rectangularity of the patterned resist by being oriented on the coated resist surface. The polymer quencher also has an effect of preventing pattern film loss and pattern top rounding when a protective film for immersion exposure is applied.
なお、酸発生剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し0.01〜100質量部、特に0.1〜80質量部とすることが好ましく、有機溶剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し50〜10,000質量部、特に100〜5,000質量部であることが好ましい。また、ベース樹脂100質量部に対し、溶解制御剤は0〜50質量部、特に0〜40質量部、塩基性化合物は0〜100質量部、特に0.001〜50質量部、界面活性剤は0〜10質量部、特に0.0001〜5質量部の配合量とすることが好ましい。 In addition, it is preferable that the compounding quantity of an acid generator shall be 0.01-100 mass parts with respect to 100 mass parts of base resins, especially 0.1-80 mass parts, and the compounding quantity of an organic solvent is 100 mass of base resins. The amount is preferably 50 to 10,000 parts by mass, particularly 100 to 5,000 parts by mass with respect to parts. Moreover, 0-100 mass parts, especially 0-40 mass parts, a basic compound are 0-100 mass parts with respect to 100 mass parts of base resins, especially 0.001-50 mass parts, surfactant is a surfactant. The blending amount is preferably 0 to 10 parts by mass, particularly 0.0001 to 5 parts by mass.
本発明のポジ型レジスト材料、例えば有機溶剤と、一般式(1)で示される酸脱離基を有する高分子化合物と、酸発生剤、塩基性化合物を含む化学増幅ポジ型レジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、特に限定されないが公知のリソグラフィー技術を適用することができる。 Various positive resist materials of the present invention, for example, chemically amplified positive resist materials containing an organic solvent, a polymer compound having an acid leaving group represented by the general formula (1), an acid generator, and a basic compound When used for manufacturing an integrated circuit, a known lithography technique can be applied although it is not particularly limited.
例えば、本発明のポジ型レジスト材料を、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、MoSi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0.1〜2.0μmとなるように塗布する。これをホットプレート上で60〜150℃、10秒〜30分間、好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間プリベークする。次いで、紫外線、遠紫外線、電子線、X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線、真空紫外線(軟X線)等の高エネルギー線から選ばれる光源で目的とするパターンを所定のマスクを通じてもしくは直接露光を行う。露光量は1〜200mJ/cm2程度、好ましくは10〜100mJ/cm2、又は0.1〜100μC、好ましくは0.5〜50μC程度となるように露光することが好ましい。次に、ホットプレート上で60〜150℃、10秒〜30分間、好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間ポストエクスポージャベーク(PEB)する。 For example, the positive resist material of the present invention is applied to a substrate for manufacturing an integrated circuit (Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, organic antireflection film, etc.) or a substrate for manufacturing a mask circuit (Cr , CrO, CrON, MoSi, etc.) by a suitable coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc., so that the coating film thickness is 0.1 to 2.0 μm. To do. This is pre-baked on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, preferably 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes. Next, a target pattern is passed through a predetermined mask with a light source selected from high energy rays such as ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, X-rays, excimer lasers, γ rays, synchrotron radiation, and vacuum ultraviolet rays (soft X-rays). Direct exposure is performed. It is preferable to expose so that the exposure amount is about 1 to 200 mJ / cm 2 , preferably 10 to 100 mJ / cm 2 , or 0.1 to 100 μC, and preferably about 0.5 to 50 μC. Next, post-exposure baking (PEB) is performed on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, preferably 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes.
更に、0.1〜10質量%、好ましくは2〜10質量%、特に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)法等の常法により現像することにより、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。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電子線、真空紫外線(軟X線)、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最適である。 Furthermore, 0.1 to 10% by weight, preferably 2 to 10% by weight, especially 2 to 5% by weight of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide (TPAH) 3 seconds to 3 minutes, preferably 5 seconds to 2 minutes, using a developing solution of an alkaline aqueous solution such as tetrabutylammonium hydroxide (TBAH), dip method, paddle method, spray method By developing by a conventional method such as the above, a portion irradiated with light is dissolved in the developer, and a portion not exposed is not dissolved, and a desired positive pattern is formed on the substrate. The resist material of the present invention is particularly suitable for fine patterning using electron beams, vacuum ultraviolet rays (soft X-rays), X-rays, γ rays, and synchrotron radiation among high-energy rays.
一般的に広く用いられているTMAH水溶液よりも、アルキル鎖を長くしたTEAH、TPAH、TBAHは現像中の膨潤を低減させてパターンの倒れを防ぐ効果がある。特許第3429592号公報には、アダマンタンメタクリレートのような脂環構造を有する繰り返し単位と、t−ブチルメタクリレートのような酸不安定基を有する繰り返し単位を共重合し、親水性基が無くて撥水性の高いポリマーの現像のために、TBAH水溶液を用いた例が提示されている。 TEAH, TPAH, and TBAH having a longer alkyl chain than the TMAH aqueous solution that is generally widely used have the effect of reducing the swelling during development and preventing pattern collapse. In Japanese Patent No. 3429592, a repeating unit having an alicyclic structure such as adamantane methacrylate is copolymerized with a repeating unit having an acid labile group such as t-butyl methacrylate, and has no hydrophilic group and is water repellent. An example using an aqueous TBAH solution for the development of high polymer is presented.
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)現像液は、2.38質量%の水溶液が最も広く用いられている。これは0.26Nに相当し、TEAH、TPAH、TBAH水溶液も同じ規定度であることが好ましい。0.26NとなるTEAH、TPAH、TBAHの質量は、それぞれ3.84質量%、5.31質量%、6.78質量%である。 As the tetramethylammonium hydroxide (TMAH) developer, a 2.38% by mass aqueous solution is most widely used. This corresponds to 0.26N, and it is preferable that the TEAH, TPAH, and TBAH aqueous solutions have the same normality. The masses of TEAH, TPAH, and TBAH that are 0.26N are 3.84 mass%, 5.31 mass%, and 6.78 mass%, respectively.
EB、EUVで解像される32nm以下のパターンにおいて、ラインがよれたり、ライン同士がくっついたり、くっついたラインが倒れたりする現象が起きている。これは、現像液中に膨潤して膨らんだライン同士がくっつくのが原因と考えられる。膨潤したラインは、現像液を含んでスポンジのように軟らかいために、リンスの応力で倒れ易くなっている。アルキル鎖を長くした現像液はこのような理由で、膨潤を防いでパターン倒れを防ぐ効果がある。 In a pattern of 32 nm or less that is resolved by EB or EUV, a phenomenon occurs in which lines are twisted, the lines are stuck together, or the stuck lines are tilted. This is thought to be because the lines swollen and swollen in the developer are stuck together. Since the swollen line is soft like a sponge containing a developer, it tends to collapse due to the stress of rinsing. For this reason, the developer having a long alkyl chain has the effect of preventing swelling and preventing pattern collapse.
以下、合成例、比較合成例及び実施例、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制限されるものではない。
なお、重量平均分子量(Mw)はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いたポリスチレン換算による測定値である。
また、下記合成例で用いたモノマー1〜4及びPAGモノマー1〜3は以下の通りである。
EXAMPLES Hereinafter, although a synthesis example, a comparative synthesis example, an Example, and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example.
The weight average molecular weight (Mw) is a measured value in terms of polystyrene using gel permeation chromatography (GPC).
Moreover, the monomers 1-4 and the PAG monomers 1-3 used by the following synthesis example are as follows.
モノマー1:メタクリル酸(2−オキソ−1,3−ベンゾオキサチオール−5−イル)
モノマー2:メタクリル酸(2−オキソ−2,3−ジヒドロベンゾオキサゾール−5−イ
ル)
モノマー3:4−ビニル安息香酸(2−オキソ−2,3−ジヒドロベンゾオキサゾール−
5−イル)
モノマー4:5−ビニルナフタレン−1−カルボン酸(2−オキソ−2,3−ジヒドロベ
ンゾオキサゾール−5−イル)
PAGモノマー1:4−メタクリル酸オキシフェニルジフェニルスルホニウム パーフル
オロブタンスルホネート
PAGモノマー2:トリフェニルスルホニウム 2,3,5,6−テトラフルオロ−4−
メタクリロイルオキシベンゼンスルホナート
PAGモノマー3:トリフェニルスルホニウム 1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−
2−メタクリロイルオキシプロパン−1−スルホネート
Monomer 1: Methacrylic acid (2-oxo-1,3-benzooxathiol-5-yl)
Monomer 2: Methacrylic acid (2-oxo-2,3-dihydrobenzoxazole-5-i
Le)
Monomer 3: 4-vinylbenzoic acid (2-oxo-2,3-dihydrobenzoxazole-
5-yl)
Monomer 4: 5-vinylnaphthalene-1-carboxylic acid (2-oxo-2,3-dihydrobenzene)
Nzooxazol-5-yl)
PAG monomer 1: 4-oxyphenyldiphenylsulfonium methacrylate perful
Orobutanesulfonate PAG monomer 2: Triphenylsulfonium 2,3,5,6-tetrafluoro-4-
Methacryloyloxybenzenesulfonate PAG monomer 3: Triphenylsulfonium 1,1,3,3,3-pentafluoro-
2-Methacryloyloxypropane-1-sulfonate
[合成例1]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸(5−ヒドロキシインダン−2−イル)を8.7g、モノマー1を6.7g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:メタクリル酸(5−ヒドロキシインダン−2−イル):モノマー1=0.30:0.40:0.30
重量平均分子量(Mw)=8,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.83
この高分子化合物を(ポリマー1)とする。
[Synthesis Example 1]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2g, 8.7g of methacrylic acid (5-hydroxyindan-2-yl), 6.7g of monomer 1 and 40g of tetrahydrofuran as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: methacrylic acid (5-hydroxyindan-2-yl): monomer 1 = 0.30: 0.40: 0.30
Weight average molecular weight (Mw) = 8,200
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.83
This polymer compound is referred to as (Polymer 1).
[合成例2]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸3−ヒドロキシフェニル5.3g、メタクリル酸テトラヒドロ−2−オキソフラン−3−イル6.8g、モノマー2を6.5g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:メタクリル酸3−ヒドロキシフェニル:メタクリル酸テトラヒドロ−2−オキソフラン−3−イル:モノマー2=0.30:0.30:0.25:0.15
重量平均分子量(Mw)=9,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.78
この高分子化合物を(ポリマー2)とする。
[Synthesis Example 2]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2 g, 5.3 g of 3-hydroxyphenyl methacrylate, 6.8 g of tetrahydro-2-oxofuran-3-yl methacrylate, 6.5 g of monomer 2 and 40 g of tetrahydrofuran as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: 3-hydroxyphenyl methacrylate: tetrahydro-2-oxofuran-3-yl methacrylate: monomer 2 = 0.30: 0.30: 0.25: 0.15
Weight average molecular weight (Mw) = 9,200
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.78
This polymer compound is referred to as (Polymer 2).
[合成例3]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル5.3g、メタクリル酸5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル13.3g、モノマー2を7.4g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル:メタクリル酸5−オキソ−4−オキサトリシクロ[4.2.1.03,7]ノナン−2−イル:モノマー2=0.30:0.30:0.40:0.15
重量平均分子量(Mw)=8,100
分子量分布(Mw/Mn)=1.72
この高分子化合物を(ポリマー3)とする。
[Synthesis Example 3]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2 g, 4-hydroxyphenyl methacrylate 5.3 g, methacrylate 5-oxo-4-oxatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonan-2-yl 3 g, 7.4 g of monomer 2 and 40 g of tetrahydrofuran as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: 4-hydroxyphenyl methacrylate: 5-oxo-4-oxatricyclo [4.2.1.0 3,7 ] nonan-2-yl methacrylate: monomer 2 = 0.30: 0.30: 0.40: 0.15
Weight average molecular weight (Mw) = 8,100
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.72
This polymer compound is referred to as (Polymer 3).
[合成例4]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、モノマー3を9.7g、メタクリル酸1−ヒドロキシナフタレン−5−イル4.6g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−9−イル4.5g、溶媒としてテトラヒドロフラン40gを添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:モノマー3:メタクリル酸1−ヒドロキシナフタレン−5−イル:メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−9−イル=0.30:0.30:0.20:0.20
重量平均分子量(Mw)=6,800
分子量分布(Mw/Mn)=1.76
この高分子化合物を(ポリマー4)とする。
[Synthesis Example 4]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1, 10 ] dodecanyl 8.2 g, monomer 3 9.7 g, 1-hydroxynaphthalen-5-yl methacrylate 4.6 g, methacrylate 3-oxo-2,7-dioxatricyclo [4.2. 1.0 4,8 ] nonan-9-yl 4.5 g and tetrahydrofuran 40 g as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: monomer 3: 1-hydroxynaphthalen-5-yl methacrylate: 3-oxo-2,7-dioxatricyclo [4.2.1.0 4,8 ] nonane-9 methacrylate -Ile = 0.30: 0.30: 0.20: 0.20
Weight average molecular weight (Mw) = 6,800
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.76
This polymer compound is referred to as (Polymer 4).
[合成例5]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、モノマー4を11.2g、メタクリル酸テトラヒドロ−2−オキソフラン−3−イル6.8g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:モノマー4:メタクリル酸テトラヒドロ−2−オキソフラン−3−イル=0.30:0.30:0.40
重量平均分子量(Mw)=8,800
分子量分布(Mw/Mn)=1.86
この高分子化合物を(ポリマー5)とする。
[Synthesis Example 5]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2 g, monomer 4 11.2 g, tetrahydro-2-oxofuran-3-yl methacrylate 6.8 g, and tetrahydrofuran 40 g as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: monomer 4: tetrahydro-2-oxofuran-3-yl methacrylate = 0.30: 0.30: 0.40
Weight average molecular weight (Mw) = 8,800
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.86
This polymer compound is referred to as (Polymer 5).
[合成例6]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、モノマー2を8.7g、クマリン1.6g、メタクリル酸テトラヒドロ−2−オキソフラン−3−イル5.1g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:モノマー2:クマリン:メタクリル酸テトラヒドロ−2−オキソフラン−3−イル=0.30:0.40:0.1:0.20
重量平均分子量(Mw)=7,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.89
この高分子化合物を(ポリマー6)とする。
[Synthesis Example 6]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2 g, monomer 2 8.7 g, coumarin 1.6 g, tetrahydro-2-oxofuran-3-yl methacrylate 5.1 g, and tetrahydrofuran 40 g as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: monomer 2: coumarin: tetrahydro-2-oxofuran-3-yl methacrylate = 0.30: 0.40: 0.1: 0.20
Weight average molecular weight (Mw) = 7,200
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.89
This polymer compound is referred to as (Polymer 6).
[合成例7]
2Lのフラスコにメタクリル酸−2−エチル−2−アダマンタン7.4g、メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル5.3g、モノマー2を6.5g、PAGモノマー1を6.5g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−2−エチル−2−アダマンタン:メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル:モノマー2:PAGモノマー1=0.30:0.30:0.30:0.10
重量平均分子量(Mw)=7,800
分子量分布(Mw/Mn)=1.81
この高分子化合物を(ポリマー7)とする。
[Synthesis Example 7]
To a 2 L flask was added 7.4 g of 2-ethyl-2-adamantane methacrylate, 5.3 g of 4-hydroxyphenyl methacrylate, 6.5 g of monomer 2, 6.5 g of PAG monomer 1, and 40 g of tetrahydrofuran as a solvent. . The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
2-ethyl-2-adamantane methacrylate: 4-hydroxyphenyl methacrylate: monomer 2: PAG monomer 1 = 0.30: 0.30: 0.30: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 7,800
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.81
This polymer compound is referred to as (Polymer 7).
[合成例8]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル5.3g、モノマー2を6.5g、PAGモノマー2を5.7g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル:モノマー2:PAGモノマー2=0.30:0.30:0.30:0.10
重量平均分子量(Mw)=7,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.91
この高分子化合物を(ポリマー8)とする。
[Synthesis Example 8]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2 g, 4-hydroxyphenyl methacrylate 5.3 g, monomer 2 6.5 g, PAG monomer 2 5.7 g, and tetrahydrofuran 40 g as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: 4-hydroxyphenyl methacrylate: monomer 2: PAG monomer 2 = 0.30: 0.30: 0.30: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 7,200
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.91
This polymer compound is referred to as (Polymer 8).
[合成例9]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸(5−ヒドロキシインダン−2−イル)を8.7g、モノマー1を6.5g、PAGモノマー3を5.6g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:メタクリル酸(5−ヒドロキシインダン−2−イル):モノマー1:PAGモノマー3=0.30:0.30:0.30:0.10
重量平均分子量(Mw)=7,900
分子量分布(Mw/Mn)=1.68
この高分子化合物を(ポリマー9)とする。
[Synthesis Example 9]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2 g, methacrylic acid (5-hydroxyindan-2-yl) 8.7 g, monomer 1 6.5 g, PAG monomer 3 5.6 g, and tetrahydrofuran 40 g as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: methacrylic acid (5-hydroxyindan-2-yl): monomer 1: PAG monomer 3 = 0.30: 0.30: 0.30: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 7,900
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.68
This polymer compound is referred to as (Polymer 9).
[合成例10]
2Lのフラスコにメタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル8.2g、メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル5.3g、モノマー2を7.4g、PAGモノマー3を5.6g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル:モノマー2:PAGモノマー3=0.30:0.30:0.30:0.10
重量平均分子量(Mw)=7,800
分子量分布(Mw/Mn)=1.72
この高分子化合物を(ポリマー10)とする。
[Synthesis Example 10]
In a 2-L flask, methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl 8.2 g, 4-hydroxyphenyl methacrylate 5.3 g, monomer 2 7.4 g, PAG monomer 3 5.6 g, and tetrahydrofuran 40 g as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: 4-hydroxyphenyl methacrylate: monomer 2: PAG monomer 3 = 0.30: 0.30: 0.30: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 7,800
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.72
This polymer compound is referred to as (Polymer 10).
[合成例11]
2Lのフラスコにメタクリル酸 9−フルオレニル7.1g、メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル5.3g、モノマー2を7.4g、PAGモノマー3を5.6g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸 9−フルオレニル:メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル:モノマー2:PAGモノマー3=0.30:0.30:0.30:0.10
重量平均分子量(Mw)=7,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.70
この高分子化合物を(ポリマー11)とする。
[Synthesis Example 11]
To a 2 L flask, 7.1 g of 9-fluorenyl methacrylate, 5.3 g of 4-hydroxyphenyl methacrylate, 7.4 g of monomer 2, 5.6 g of PAG monomer 3 and 40 g of tetrahydrofuran as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid 9-fluorenyl: 4-hydroxyphenyl methacrylate: monomer 2: PAG monomer 3 = 0.30: 0.30: 0.30: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 7,200
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.70
This polymer compound is referred to as (Polymer 11).
[合成例12]
2Lのフラスコにメタクリル酸 アセナフテニル7.1g、メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル5.3g、モノマー2を7.4g、PAGモノマー3を5.6g、溶媒としてテトラヒドロフランを40g添加した。この反応容器を窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を1.2g加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、得られた白色固体を濾過後、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。
得られた重合体を13C,1H−NMR、及び、GPC測定したところ、以下の分析結果となった。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸 アセナフテニル:メタクリル酸4−ヒドロキシフェニル:モノマー2:PAGモノマー3=0.30:0.30:0.30:0.10
重量平均分子量(Mw)=7,300
分子量分布(Mw/Mn)=1.68
この高分子化合物を(ポリマー12)とする。
[Synthesis Example 12]
To a 2 L flask, 7.1 g of acenaphthenyl methacrylate, 5.3 g of 4-hydroxyphenyl methacrylate, 7.4 g of monomer 2, 5.6 g of PAG monomer 3 and 40 g of tetrahydrofuran as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. This reaction solution was precipitated in 1 L of isopropyl alcohol, and the resulting white solid was filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer.
When the obtained polymer was measured by 13 C, 1 H-NMR and GPC, the following analysis results were obtained.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid acenaphthenyl: 4-hydroxyphenyl methacrylate: monomer 2: PAG monomer 3 = 0.30: 0.30: 0.30: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 7,300
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.68
This polymer compound is referred to as (Polymer 12).
[比較合成例1]
上記合成例と同様の方法で下記ポリマーを合成した。
共重合組成比(モル比)
ヒドロキシスチレン:メタクリル酸1−エチルシクロペンチルエステル:インデン=0.75:0.15:0.10
重量平均分子量(Mw)=8,100
分子量分布(Mw/Mn)=1.79
この高分子化合物を(比較ポリマー1)とする。
[Comparative Synthesis Example 1]
The following polymers were synthesized by the same method as in the above synthesis example.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Hydroxystyrene: Methacrylic acid 1-ethylcyclopentyl ester: Indene = 0.75: 0.15: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 8,100
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.79
This polymer compound is referred to as (Comparative Polymer 1).
[比較合成例2]
上記合成例と同様の方法で下記ポリマーを合成した。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸1−エチルシクロペンチル:メタクリル酸3−ヒドロキシ−1−アダマンチル:メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−9−イル:メタクリル酸3,5−ビス(ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシ−2−プロピル)シクロヘキシル=0.30:0.20:0.40:0.10
重量平均分子量(Mw)=8,200
分子量分布(Mw/Mn)=1.72
この高分子化合物を(比較ポリマー2)とする。
[Comparative Synthesis Example 2]
The following polymers were synthesized by the same method as in the above synthesis example.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
1-ethylcyclopentyl methacrylate: 3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate: 3-oxo-2,7-dioxatricyclo [4.2.1.0 4,8 ] nonan-9-yl methacrylate: methacryl Acid 3,5-bis (hexafluoro-2-hydroxy-2-propyl) cyclohexyl = 0.30: 0.20: 0.40: 0.10
Weight average molecular weight (Mw) = 8,200
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.72
This polymer compound is referred to as (Comparative Polymer 2).
[比較合成例3]
上記合成例と同様の方法で下記ポリマーを合成した。
共重合組成比(モル比)
メタクリル酸−3−エチル−3−エキソテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル:4−ヒドロキシスチレン:メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−9−イル=0.30:0.40:0.30
重量平均分子量(Mw)=8,300
分子量分布(Mw/Mn)=1.82
この高分子化合物を(比較ポリマー3)とする。
[Comparative Synthesis Example 3]
The following polymers were synthesized by the same method as in the above synthesis example.
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Methacrylic acid-3-ethyl-3-exotetracyclo [4.4.0.1 2,5 . 1 7,10 ] dodecanyl: 4-hydroxystyrene: methacrylate 3-oxo-2,7-dioxatricyclo [4.2.1.0 4,8 ] nonan-9-yl = 0.30: 0. 40: 0.30
Weight average molecular weight (Mw) = 8,300
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.82
This polymer compound is referred to as (Comparative Polymer 3).
[実施例、比較例]
上記で合成した高分子化合物を用いて、界面活性剤として住友スリーエム(株)製界面活性剤のFC−4430を100ppm溶解させた溶媒に表1に示される組成で溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してポジ型レジスト材料を調製した。
表1中の各組成は次の通りである。
ポリマー1〜12:上記合成例1〜12で得られた高分子化合物
比較ポリマー1〜3:上記比較合成例1〜3で得られた高分子化合物
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)
EL(乳酸エチル)
CyH(シクロヘキサノン)
酸発生剤:PAG1、PAG2(下記構造式参照)
塩基性化合物:Amine1、Amine2、Amine3(下記構造式参照)
溶解制御剤:DRI1、DRI2(下記構造式参照)
[Examples and Comparative Examples]
A solution prepared by dissolving the composition shown in Table 1 in a solvent in which 100 ppm of a surfactant, manufactured by Sumitomo 3M Limited, as a surfactant, 100 ppm was used as a surfactant, using the polymer compound synthesized above, was added to the surface of the solution. A positive resist material was prepared by filtration through a 2 μm size filter.
Each composition in Table 1 is as follows.
Polymers 1 to 12: Polymer compound comparative polymers 1 to 3 obtained in Synthesis Examples 1 to 12: Polymer compounds organic solvents obtained in Comparative Synthesis Examples 1 to 3: PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
EL (ethyl lactate)
CyH (cyclohexanone)
Acid generator: PAG1, PAG2 (see structural formula below)
Basic compounds: Amine1, Amine2, Amine3 (see the structural formula below)
Dissolution control agent: DRI1, DRI2 (see the following structural formula)
電子ビーム描画評価
描画評価では、上記で合成した高分子化合物を用いて、表1に示される組成で溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してポジ型レジスト材料を調製した。
得られたポジ型レジスト材料を直径6インチφのSi基板上に、クリーントラックMark 5(東京エレクトロン(株)製)を用いてスピンコートし、ホットプレート上で110℃,60秒間プリベークして100nmのレジスト膜を作製した。これに、(株)日立製作所製HL−800Dを用いてHV電圧50keVで真空チャンバー内描画を行った。
描画後、直ちにクリーントラックMark 5(東京エレクトロン(株)製)を用いてホットプレート上で100℃,60秒間ポストエクスポージャベーク(PEB)を行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、ポジ型のパターンを得た。
得られたレジストパターンを次のように評価した。
100nmのラインアンドスペースを1:1で解像する露光量における、最小の寸法を解像力とし、100nmLSのエッジラフネスをSEMで測定した。
レジスト組成とEB露光における感度、解像度の結果を表1に示す。
Electron Beam Drawing Evaluation In the drawing evaluation, a positive resist material was prepared by filtering a solution dissolved in the composition shown in Table 1 using a polymer compound synthesized as described above with a 0.2 μm size filter.
The obtained positive resist material was spin-coated on a Si substrate having a diameter of 6 inches φ using a clean track Mark 5 (manufactured by Tokyo Electron Ltd.), prebaked on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds, and 100 nm. A resist film was prepared. For this, drawing in a vacuum chamber was performed at an HV voltage of 50 keV using HL-800D manufactured by Hitachi, Ltd.
Immediately after drawing, post-exposure baking (PEB) was performed on a hot plate using a clean truck Mark 5 (manufactured by Tokyo Electron Co., Ltd.) at 100 ° C. for 60 seconds and paddled with 2.38 mass% TMAH aqueous solution for 30 seconds. Development was performed to obtain a positive pattern.
The obtained resist pattern was evaluated as follows.
The minimum dimension at the exposure amount for resolving 100 nm line and space at 1: 1 was taken as the resolving power, and the edge roughness of 100 nm LS was measured by SEM.
Table 1 shows the results of resist composition, sensitivity and resolution in EB exposure.
表1の結果より、本発明の高分子化合物を用いたレジスト材料は、十分な解像力と感度とエッジラフネスを満たすことがわかった。 From the results in Table 1, it was found that the resist material using the polymer compound of the present invention satisfies sufficient resolution, sensitivity, and edge roughness.
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