JP2005042119A - POLYMER OF ACRYLIC ACID HAVING alpha-HYDROXYALKYL GROUP OR ITS ESTER OR COPOLYMER OF THE SAME - Google Patents

POLYMER OF ACRYLIC ACID HAVING alpha-HYDROXYALKYL GROUP OR ITS ESTER OR COPOLYMER OF THE SAME Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer or copolymer highly transparent to an ArF excimer laser beam, capable of giving a resist pattern which has high resolution and is not swollen and of which the cross-sectional shape is vertical, and suitable for a resin component of a negative-type resist composition. <P>SOLUTION: This polymer, or the copolymer, is formed out of at least one kind of monomer selected from an α-(hydroxyalkyl)acrylic acid and its alkyl ester. Further, the copolymer is formed out of (a) at least one kind of monomer selected from the α-(hydroxyalkyl)acrylic acid and its alkyl ester and (b) at least one kind of monomer selected from an ethylenic unsaturated carboxylic acid other than the monomer (a) and its ester. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、化学増幅型ネガ型レジスト組成物の樹脂成分として好適に用いられる新規な重合体又は共重合体に関するものである。   The present invention relates to a novel polymer or copolymer suitably used as a resin component of a chemically amplified negative resist composition.

これまで、酸発生剤とノボラック樹脂やポリヒドロキシスチレンなどのアルカリ可溶性樹脂とメラミン樹脂や尿素樹脂などのアミノ樹脂との組合せを露光部がアルカリ不溶性となるための基本成分として含む化学増幅型のネガ型レジストは知られている(特許文献1参)。
このようなネガ型レジストは、放射線の照射により生じた酸の作用により、アルカリ可溶性樹脂とアミノ樹脂が架橋反応を起こし、露光部分をアルカリ不溶性に変化させ、未露光部分をアルカリで溶解して、ネガ型のパターンを形成させるものである。
Conventionally, a chemically amplified negative containing a combination of an acid generator, an alkali-soluble resin such as a novolak resin or polyhydroxystyrene, and an amino resin such as a melamine resin or a urea resin as a basic component for making the exposed portion alkali-insoluble. A type resist is known (see Patent Document 1).
In such a negative resist, an alkali-soluble resin and an amino resin cause a crosslinking reaction by the action of an acid generated by irradiation of radiation, the exposed part is changed to alkali-insoluble, and the unexposed part is dissolved with alkali. A negative pattern is formed.

このような酸発生剤とアルカリ可溶性樹脂とアミノ樹脂との組合せからなる化学増幅型のネガ型レジストは、i線やKrFエキシマレーザー光(248nm)を光源とするプロセスには十分使用しうるが、近年半導体素子の高集積化に対応すべく開発されたArF用のレジストとしては、必ずしも満足しうるものとはいえない。   A chemically amplified negative resist composed of a combination of such an acid generator, an alkali-soluble resin, and an amino resin can be sufficiently used for a process using i-line or KrF excimer laser light (248 nm) as a light source. In recent years, resists for ArF that have been developed to cope with high integration of semiconductor elements are not necessarily satisfactory.

ところで、ArF用ネガ型レジストについては、これまで、例えば(1)5‐メチレン‐ビシクロ[2.2.1]‐2‐ヘプタンとマレイン酸との共重合体であって、マレイン酸部分の片方のカルボキシル基をエステル化したものを基材樹脂成分とし、これに脂肪族環状多価アルコールからなる架橋剤と酸発生剤を配合したArF用ネガ型レジスト(非特許文献1参照)、(2)エポキシ基含有環状炭化水素基をエステル部分に有するアクリル酸エステルとカルボキシル基含有環状炭化水素基をエステル部分に有するアクリル酸エステルとの共重合体を基材樹脂成分とし、これに上記と同様な架橋剤と酸発生剤を配合したArF用ネガ型レジスト(非特許文献2参照)、(3)ヒドロキシル基含有環状炭化水素基をエステル部分に有するアクリル酸エステルとカルボキシル基含有環状炭化水素基をエステル部分に有するアクリル酸エステルとの共重合体を基材樹脂成分とし、これに上記と同様な架橋剤と酸発生剤を配合したArF用ネガ型レジスト(非特許文献3参照)などが提案されている。   By the way, for negative resists for ArF, for example, (1) a copolymer of 5-methylene-bicyclo [2.2.1] -2-heptane and maleic acid, A negative resist for ArF (see Non-Patent Document 1), which is obtained by esterifying a carboxyl group of a base resin component, and a crosslinking agent and an acid generator composed of an aliphatic cyclic polyhydric alcohol. A copolymer of an acrylic ester having an epoxy group-containing cyclic hydrocarbon group in the ester portion and an acrylic ester having a carboxyl group-containing cyclic hydrocarbon group in the ester portion is used as a base resin component, and the same crosslinking as described above Negative resist for ArF containing an agent and an acid generator (see Non-Patent Document 2), and (3) an accelerator having a hydroxyl group-containing cyclic hydrocarbon group in the ester moiety. A negative type for ArF in which a copolymer of a acrylate ester and an acrylate ester having a carboxyl group-containing cyclic hydrocarbon group in the ester portion is used as a base resin component, and a crosslinking agent and an acid generator similar to those described above are blended therein A resist (see Non-Patent Document 3) has been proposed.

これらのArF用ネガ型レジストは、基材樹脂成分のArFエキシマレーザー光に対する透過性を高めるとともに、アルカリ可溶性とするためにカルボキシル基含有橋かけ型多環式炭化水素基を樹脂中に導入した点、及び架橋を行わせるためにエポキシ基やアルコール性水酸基を樹脂中に導入した点に主な特徴がある。   These negative resists for ArF introduce a carboxyl group-containing bridged polycyclic hydrocarbon group into the resin in order to increase the transparency of the base resin component to ArF excimer laser light and to make it soluble in alkali. The main feature is that an epoxy group or an alcoholic hydroxyl group is introduced into the resin for crosslinking.

しかしながら、このような組成のネガ型レジストにおいては、ArFエキシマレーザー光により酸の存在下に架橋剤と基材樹脂成分とのエステル又はエーテル結合の結果、ネガ型のパターンを形成しうるものの、露光部分で未架橋のカルボキシル基やアルコール性水酸基が残存するため、これらがアルカリ現像時に膨潤し、丸みを帯びたレジストパターン形状となるという欠点がある。   However, in a negative resist having such a composition, a negative pattern can be formed as a result of an ester or ether bond between a crosslinking agent and a base resin component in the presence of an acid by ArF excimer laser light. Since uncrosslinked carboxyl groups and alcoholic hydroxyl groups remain at the portions, there is a drawback that they swell during alkali development, resulting in a rounded resist pattern shape.

特公平8−3635号公報(特許請求の範囲その他)Japanese Patent Publication No. 8-3635 (Claims and others) 「ジャーナル・オブ・フォトポリマー・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Photopolym.Sci.Tech.)」,1997年,第10巻,第4号,p.579−584“Journal of Photopolymer Science and Technology (J. Photopolym. Sci. Tech.)”, 1997, Vol. 10, No. 4, p. 579-584 「ジャーナル・オブ・フォトポリマー・サイエンス・アンド・テクノロジー(J.Photopolym.Sci.Tech.)」,1998年,第11巻,第3号,p.507−512“Journal of Photopolymer Science and Technology (J. Photopolym. Sci. Tech.)”, 1998, Vol. 11, No. 3, p. 507-512 「SPIE Advances in Resist Technology and Processing XIV」,1998年,第3333巻,p.417−424“SPIE Advances in Resist Technology and Processing XIV”, 1998, 3333, p. 417-424

本発明は、このような事情のもとで、ArFエキシマレーザー光に対して透明性が高く、高解像性を有するとともに、膨潤がなく、かつ断面形状が垂直なレジストパターンを与えるネガ型レジスト組成物の樹脂成分として好適な重合体及び共重合体を提供することを目的としてなされたものである。   Under such circumstances, the present invention is a negative resist that provides a resist pattern that is highly transparent to ArF excimer laser light, has high resolution, does not swell, and has a vertical sectional shape. It was made for the purpose of providing a polymer and a copolymer suitable as a resin component of the composition.

本発明者らは、化学増幅型ネガ型レジスト組成物の樹脂成分として適した重合体又は共重合体を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、分子内に、たがいに反応してエステルを形成しうる2種の官能基を有し、すなわちヒドロキシル基とカルボキシル基をもつ重合体又は共重合体は、酸の存在により分子内でエステルを形成し、アルカリ不溶性になること、したがってこれを化学増幅型ネガ型レジスト組成物の樹脂成分として光により酸を発生する酸発生剤と組み合わせて用いれば、樹脂中に未反応のアルカリ性水酸基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基が残存しにくくなるので、膨潤の少ないレジストパターンが得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。   As a result of intensive research to develop a polymer or copolymer suitable as a resin component of a chemically amplified negative resist composition, the present inventors formed esters by reacting with each other in the molecule. A polymer or copolymer having two kinds of functional groups, that is, a hydroxyl group and a carboxyl group, forms an ester in the molecule in the presence of an acid, and becomes alkali-insoluble. When used in combination with an acid generator that generates light by light as a resin component of a negative resist composition, unreacted alkaline hydroxyl groups, carboxyl groups, and carboxylate ester groups are less likely to remain in the resin, so there is little swelling It has been found that a resist pattern can be obtained, and the present invention has been completed based on this finding.

すなわち、本発明は、α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸及びそのアルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーの重合体(単独重合体)又は共重合体、及び(a)α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸及びそのアルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーと、(b)(a)以外のエチレン性不飽和カルボン酸及びそのエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合体を提供するものである。   That is, the present invention relates to a polymer (homopolymer) or copolymer of at least one monomer selected from α- (hydroxyalkyl) acrylic acid and alkyl esters thereof, and (a) α- (hydroxyalkyl). ) Copolymerization of at least one monomer selected from acrylic acid and alkyl ester thereof with at least one monomer selected from (b) ethylenically unsaturated carboxylic acid other than (a) and ester thereof It provides a unity.

本発明の重合体又は共重合体には、(1)α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸及びα‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸アルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーの重合体(単独重合体又は共重合体)と、(2)(a)α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸及びα‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸アルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーと、(b)他のエチレン性不飽和カルボン酸及びエチレン性不飽和カルボン酸エステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合体とがある。   The polymer or copolymer of the present invention includes (1) a polymer (monopolymer) of at least one monomer selected from α- (hydroxyalkyl) acrylic acid and α- (hydroxyalkyl) acrylic acid alkyl ester. A copolymer or copolymer), (2) (a) at least one monomer selected from α- (hydroxyalkyl) acrylic acid and α- (hydroxyalkyl) acrylic acid alkyl ester, and (b) other And a copolymer with at least one monomer selected from ethylenically unsaturated carboxylic acid and ethylenically unsaturated carboxylic acid ester.

上記(1)の重合体としては、α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸とα‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸アルキルエステルとの共重合体が好ましく、また、(2)の共重合体としては、(b)成分の他のエチレン性不飽和カルボン酸やエチレン性不飽和カルボン酸エステルとして、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸アルキルエステル及びメタクリル酸アルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種を用いたものが好ましい。   As the polymer of (1), a copolymer of α- (hydroxyalkyl) acrylic acid and α- (hydroxyalkyl) acrylic acid alkyl ester is preferable, and as the copolymer of (2), ( b) What used at least 1 sort (s) chosen from acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid alkylester, and methacrylic acid alkylester as other ethylenically unsaturated carboxylic acid and ethylenically unsaturated carboxylic acid ester of a component preferable.

前記α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸やα‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸アルキルエステルにおけるヒドロキシアルキル基の例としては、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基などの低級ヒドロキシアルキル基が挙げられる。これらの中でもエステルの形成しやすさからヒドロキシエチル基やヒドロキシメチル基が好ましい。   Examples of the hydroxyalkyl group in the α- (hydroxyalkyl) acrylic acid and α- (hydroxyalkyl) acrylic acid alkyl ester include lower hydroxyalkyl groups such as hydroxymethyl group, hydroxyethyl group, hydroxypropyl group, hydroxybutyl group, etc. Is mentioned. Among these, a hydroxyethyl group or a hydroxymethyl group is preferable because of the ease of forming an ester.

また、α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸アルキルエステルのアルキルエステル部分のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n‐ブチル基、sec‐ブチル基、tert‐ブチル基、アミル基などの低級アルキル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、ボルニル基、アダマンチル基、テトラシクロ[4.4.0.12. 5.17. 10]ドデシル基、トリシクロ[5.2.1.02. 6]デシル基などの橋かけ型多環式環状炭化水素基などが挙げられる。エステル部分のアルキル基が多環式環状炭化水素基のものは、耐ドライエッチング性を高めるのに有効である。これらのアルキル基の中で、特にメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの低級アルキル基の場合、エステルを形成するアルコール成分として、安価で容易に入手しうるものが用いられるので好ましい。 Examples of the alkyl group of the alkyl ester portion of α- (hydroxyalkyl) acrylic acid alkyl ester include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group. , lower alkyl groups such as amyl group, bicyclo [2.2.1] heptyl, bornyl, adamantyl, tetracyclo [4.4.0.1 2. 5. 1 7.10] dodecyl group, a tricyclo [5.2.1.0 2. 6] such bridged polycyclic cyclic hydrocarbon group and a decyl group. Those in which the alkyl group of the ester moiety is a polycyclic hydrocarbon group is effective for improving the dry etching resistance. Among these alkyl groups, lower alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group are preferred because alcohol components that form esters can be easily obtained at low cost.

低級アルキルエステルの場合は、カルボキシル基と同様にヒドロキシアルキル基とのエステル化が起こるが、橋かけ型多環式環状炭化水素とのエステルの場合は、そのようなエステル化が起こりにくい。そのため、橋かけ型多環式環状炭化水素とのエステルを樹脂中に導入する場合、同時に樹脂側鎖にカルボキシル基があると好ましい。   In the case of a lower alkyl ester, esterification with a hydroxyalkyl group occurs like a carboxyl group, but in the case of an ester with a bridged polycyclic hydrocarbon, such esterification hardly occurs. Therefore, when an ester with a bridged polycyclic hydrocarbon is introduced into the resin, it is preferable that a carboxyl group is present in the resin side chain at the same time.

一方、前記(2)の樹脂における(b)成分の他のエチレン性不飽和カルボン酸やエチレン性不飽和カルボン酸エステルの例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸などの不飽和カルボン酸、これらの不飽和カルボン酸のメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n‐ブチル、イソブチル、n‐ヘキシル、オクチルエステルなどのアルキルエステルなどが挙げられる。また、エステル部分のアルキル基として、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、ボルニル基、アダマンチル基、テトラシクロ[4.4.0.12. 5.17. 10]ドデシル基、トリシクロ[5.2.1.02. 6]デシル基などの橋かけ型多環式環状炭化水素基を有するアクリル酸又はメタクリル酸のエステルも用いることができる。
これらの中で、安価で容易に入手できることから、アクリル酸及びメタクリル酸のメチル、エチル、プロピル、n‐ブチルエステルなどの低級アルキルエステルが好ましい。
On the other hand, examples of other ethylenically unsaturated carboxylic acid and ethylenically unsaturated carboxylic acid ester of component (b) in the resin (2) include unsaturated acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and fumaric acid. Examples thereof include carboxylic acids and alkyl esters of these unsaturated carboxylic acids such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, n-hexyl and octyl esters. Further, the alkyl group of the ester moiety, bicyclo [2.2.1] heptyl, bornyl, adamantyl, tetracyclo [4.4.0.1 2. 5. 1 7.10] dodecyl group, a tricyclo [5.2.1.0 2. 6] can also be used esters of acrylic acid or methacrylic acid having a bridged polycyclic cyclic hydrocarbon group such as a decyl group.
Among these, lower alkyl esters such as methyl, ethyl, propyl and n-butyl esters of acrylic acid and methacrylic acid are preferred because they are inexpensive and easily available.

前記(2)の共重合体においては、(a)成分のモノマーから誘導される単位と(b)成分のモノマーから誘導される単位との割合は、重量比で20:80ないし90:10の範囲、特に50:50ないし85:15の範囲が好ましい。両単位の割合が上記範囲にあれば、分子内又は分子間でエステルを形成しやすく、良好なレジストパターンが得られる。   In the copolymer (2), the ratio of the unit derived from the monomer of the component (a) and the unit derived from the monomer of the component (b) is 20:80 to 90:10 by weight ratio. A range of 50:50 to 85:15 is preferred. If the ratio of both units is in the above range, an ester can be easily formed within a molecule or between molecules, and a good resist pattern can be obtained.

次に、この本発明の重合体又は共重合体が酸の作用により、分子内で脱水縮合してエステルを形成する反応、及び分子間でエステルを形成する反応について、ヒドロキシアルキル基がヒドロキシメチル基を例として説明する。   Next, regarding the reaction in which the polymer or copolymer of the present invention forms an ester by dehydration condensation within the molecule by the action of an acid, and the reaction to form an ester between molecules, the hydroxyalkyl group is a hydroxymethyl group. Will be described as an example.

前記(1)の単独重合体又は共重合体の場合
(イ)分子内エステル形成
化学反応式

Figure 2005042119
(式中のR1は水素原子、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、アミル基などの低級アルキル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、ボルニル基、アダマンチル基、テトラシクロ[4.4.0.12. 5.17. 10]ドデシル基、トリシクロ[5.2.1.02. 6]デシル基などの橋かけ型多環式環状炭化水素基であり、分子内の各R1は同一であってもよいし、異なっていてもよい)
で示されるように、酸により分子内でエステル化反応を起こし、環状エステルを形成する。 In the case of the homopolymer or copolymer of (1) (i) Intramolecular ester formation Chemical reaction formula
Figure 2005042119
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom, a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group or an amyl group; .1] heptyl, bornyl, adamantyl, tetracyclo [4.4.0.1 2. 5 .1 7. 10] dodecyl group, a tricyclo [5.2.1.0 2. 6] such as decyl (It is a bridged polycyclic cyclic hydrocarbon group, and each R 1 in the molecule may be the same or different.)
As shown in FIG. 1, an acid causes an esterification reaction in the molecule to form a cyclic ester.

(ロ)分子間エステルの形成
化学反応式

Figure 2005042119
(式中のR1は前記と同じ意味をもつ)
で示されるように、酸により分子間でエステル化反応を起こし、エステルを形成する。 (B) Formation of intermolecular ester Chemical reaction formula
Figure 2005042119
(R 1 in the formula have the same meanings as defined above)
As shown in the above, an esterification reaction occurs between molecules with an acid to form an ester.

前記(2)の共重合体の場合
(ハ)分子内エステルの形成
化学反応式

Figure 2005042119
(式中のR1は前記と同じ意味をもつ)
で示されるように、酸により分子内でエステル化反応を起こし、環状エステルを形成する。 In the case of the copolymer (2) (c) Formation of intramolecular ester Chemical reaction formula
Figure 2005042119
(Wherein R 1 has the same meaning as above)
As shown in the above, an esterification reaction is caused in the molecule with an acid to form a cyclic ester.

(ニ)分子間エステルの形成
化学反応式

Figure 2005042119
(式中のR1は前記と同じ意味をもつ)
で示されるように、酸により分子間でエステル化反応を起こし、エステルを形成する。
本発明の重合体又は共重合体の分子量は、重量平均分子量2,000〜20,000、好ましくは4,000〜15,000の範囲である。 (D) Formation of intermolecular esters Chemical reaction formula
Figure 2005042119
(Wherein R 1 has the same meaning as above)
As shown in the above, an esterification reaction occurs between molecules with an acid to form an ester.
The molecular weight of the polymer or copolymer of the present invention ranges from 2,000 to 20,000, preferably from 4,000 to 15,000.

次に、本発明の重合体又は共重合体を樹脂成分として用いたネガ型レジスト組成物を調製するには、これに対し、放射線の照射により酸を発生する化合物(以下、単に酸発生剤という)を配合する。この酸発生剤は、従来化学増幅型のネガ型ホトレジストにおいて使用されている公知の酸発生剤の中から適宜選択して用いることができるが、特にアルキル又はハロゲン置換アルキルスルホン酸イオンをアニオンとして含むオニウム塩が好適である。
このオニウム塩のカチオンとしては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、n‐ブチル基、t‐ブチル基などの低級アルキル基や、メトキシ基、エトキシ基などの低級アルコキシ基などで置換されていてもよいフェニルヨードニウムやスルホニウムなどやジメチル(4‐ヒドロキシナフチル)スルホニウムが好ましく挙げられる。
Next, in order to prepare a negative resist composition using the polymer or copolymer of the present invention as a resin component, a compound that generates an acid upon irradiation with radiation (hereinafter simply referred to as an acid generator). ). The acid generator can be appropriately selected from known acid generators used in conventional chemically amplified negative photoresists, and particularly contains an alkyl or halogen-substituted alkyl sulfonate ion as an anion. Onium salts are preferred.
Examples of the cation of the onium salt include a lower alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an n-butyl group and a t-butyl group, and a lower alkoxy group such as a methoxy group and an ethoxy group. Preferred examples include phenyliodonium and sulfonium, and dimethyl (4-hydroxynaphthyl) sulfonium.

一方、アニオンは、炭素数1〜10程度のアルキル基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたフルオロアルキルスルホン酸イオンが好ましく、そして、炭素鎖が長くなるほど、またフッ素化率(アルキル基中のフッ素原子の割合)が小さくなるほど、スルホン酸としての強度が落ちることから、炭素数1〜5のアルキル基の水素原子の全部がフッ素原子で置換されたフルオロアルキルスルホン酸イオンが好ましい。   On the other hand, the anion is preferably a fluoroalkylsulfonic acid ion in which some or all of the hydrogen atoms of the alkyl group having about 1 to 10 carbon atoms are substituted with fluorine atoms, and the longer the carbon chain, the more the fluorination rate ( Since the strength as a sulfonic acid decreases as the proportion of the fluorine atom in the alkyl group decreases, a fluoroalkylsulfonic acid ion in which all of the hydrogen atoms of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms are substituted with fluorine atoms is preferred. .

このようなオニウム塩の例としては、ジフェニルヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネート、ビス(4‐tert‐ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4‐メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネート、ジメチル(4‐ヒドロキシナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネートなどが挙げられる。
本発明においては、この酸発生剤は1種用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of such onium salts include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate or Nonafluorobutanesulfonate, tri (4-methylphenyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, dimethyl (4-hydroxynaphthyl) sulfonium trifluoromethanesulfonate, or nonafluorobutanesulfonate.
In this invention, this acid generator may be used 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

このネガ型レジスト組成物は、本発明の重合体又は共重合体と酸発生剤のみを含めば、ネガ型のレジストパターンを形成できるが、本発明の重合体又は共重合体における分子内又は分子間エステル基形成に加えて、さらにエーテル基形成により、いっそう架橋密度を向上させ、レジストパターンの形状や解像性や耐ドライエッチング性を向上させる目的で、所望により、架橋剤を含有させることができる。   This negative resist composition can form a negative resist pattern by including only the polymer or copolymer of the present invention and an acid generator, but the intramolecular or molecular in the polymer or copolymer of the present invention. In addition to the formation of interester groups, the formation of ether groups further improves the crosslink density, and in order to improve the resist pattern shape, resolution, and dry etching resistance, a crosslinking agent may be included as desired. it can.

この架橋剤としては特に制限はなく、従来化学増幅型のネガ型レジストにおいて使用されている公知の架橋剤の中から、任意のものを適宜選択して用いることができる。この架橋剤の例としては、(1)2,3‐ジヒドロキシ‐5‐ヒドロキシメチルノルボルナン、2‐ヒドロキシ‐5,6‐ビス(ヒドロキシメチル)ノルボルナン、シクロヘキサンジメタノール、3,4,8(又は9)‐トリヒドロキシトリシクロデカン、2‐メチル‐2‐アダマンタノール、1,4‐ジオキサン‐2,3‐ジオール、1,3,5‐トリヒドロキシシクロヘキサンなどのヒドロキシル基又はヒドロキシアルキル基あるいはその両方を有する脂肪族環状炭化水素又はその含酸素誘導体、及び(2)メラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、尿素、エチレン尿素、グリコールウリルなどのアミノ基含有化合物にホルムアルデヒド又はホルムアルデヒドと低級アルコールを反応させ、該アミノ基の水素原子をヒドロキシメチル基又は低級アルコキシメチル基で置換した化合物、具体的にはヘキサメトキシメチルメラミン、ビスメトキシメチル尿素、ビスメトキシメチルビスメトキシエチレン尿素、テトラキスメトキシメチルグリコールウリル、テトラキスブトキシメチルグリコールウリルなどを挙げることができるが、特に好ましいのはテトラキスブトキシメチルグリコールウリルである。
本発明においては、この架橋剤は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The crosslinking agent is not particularly limited, and any known crosslinking agent conventionally used in chemically amplified negative resists can be appropriately selected and used. Examples of this cross-linking agent include: (1) 2,3-dihydroxy-5-hydroxymethylnorbornane, 2-hydroxy-5,6-bis (hydroxymethyl) norbornane, cyclohexanedimethanol, 3,4,8 (or 9 ) -Trihydroxytricyclodecane, 2-methyl-2-adamantanol, 1,4-dioxane-2,3-diol, 1,3,5-trihydroxycyclohexane, hydroxyl group or hydroxyalkyl group or both An aliphatic cyclic hydrocarbon or an oxygen-containing derivative thereof, and (2) reacting an amino group-containing compound such as melamine, acetoguanamine, benzoguanamine, urea, ethylene urea, glycoluril with formaldehyde or formaldehyde and a lower alcohol, The hydrogen atom of And compounds substituted with a dialkyl group or a lower alkoxymethyl group, such as hexamethoxymethylmelamine, bismethoxymethylurea, bismethoxymethylbismethoxyethyleneurea, tetrakismethoxymethylglycoluril, tetrakisbutoxymethylglycoluril, and the like. Particularly preferred is tetrakisbutoxymethylglycoluril.
In this invention, this crosslinking agent may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.

このネガ型レジスト組成物においては、酸発生剤は、本発明の重合体又は共重合体100重量部に対し、0.5〜30重量部の割合で配合するのが好ましい。この量が0.5重量部未満では像形成がなされない。30重量部を超えると均一な溶液になりにくく、保存安定性が低下する。像形成性及び保存安定性などを考慮すると、酸発生剤は1〜10重量部の割合で配合するのが特に好ましい。   In this negative resist composition, the acid generator is preferably blended at a ratio of 0.5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer or copolymer of the present invention. When this amount is less than 0.5 parts by weight, no image is formed. When it exceeds 30 parts by weight, it is difficult to form a uniform solution and storage stability is lowered. In consideration of image forming property and storage stability, the acid generator is particularly preferably blended at a ratio of 1 to 10 parts by weight.

また、所望により用いられる架橋剤は、本発明の重合体又は共重合体100重量部に対し、1〜50重量部の割合で配合するのが好ましい。この量が1重量部未満では架橋密度の向上効果が十分に発揮されないし、50重量部を超えると均一な溶液となりにくく、保存安定性が低下する。架橋密度の向上効果及び保存安定性などを考慮すると、この架橋剤は5〜20重量部の割合で配合するのが特に好ましい。   Moreover, it is preferable to mix | blend the crosslinking agent used depending on necessity in the ratio of 1-50 weight part with respect to 100 weight part of polymers or copolymers of this invention. If this amount is less than 1 part by weight, the effect of improving the crosslinking density is not sufficiently exhibited, and if it exceeds 50 parts by weight, it is difficult to form a uniform solution and storage stability is lowered. Considering the effect of improving the crosslinking density and storage stability, it is particularly preferable to blend this crosslinking agent in a proportion of 5 to 20 parts by weight.

このネガ型レジスト組成物は、その使用に当たっては上記各成分を溶剤に溶解した溶液の形で用いるのが好ましい。このような溶剤の例としては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン、2‐ヘプタンなどのケトン類;エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール又はジプロピレングリコールモノアセテート、あるいはそれらのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル又はモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類及びその誘導体;ジオキサンのような環式エーテル類;及び乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルなどのエステル類、N,N‐ジメチルホルムアミド、N,N‐ジメチルアセトアミド、N‐メチル‐2‐ピロリドンなどのアミド系溶剤などを挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上混合して用いてもよい。   The negative resist composition is preferably used in the form of a solution in which the above components are dissolved in a solvent. Examples of such solvents include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone, 2-heptane; ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, diester Polyhydric alcohols and derivatives thereof such as propylene glycol or dipropylene glycol monoacetate or their monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether; cyclic ethers such as dioxane; and lactic acid Methyl, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methoxypro Methyl propionic acid, esters such as ethyl ethoxypropionate, N, N- dimethylformamide, N, N- dimethylacetamide, and the like amide solvents such as N- methyl-2-pyrrolidone. These may be used alone or in combination of two or more.

このネガ型レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加物、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、可塑剤、安定剤、着色剤、界面活性剤などの慣用されているものを添加含有させることができる。   In this negative resist composition, if desired, miscible additives such as additional resins, plasticizers, stabilizers, colorants, surfactants and the like for improving the performance of the resist film are commonly used. Can be added and contained.

このネガ型レジスト組成物は、従来通常使用されているホトレジスト技術のレジストパターン形成と同様にしてレジストパターンを形成することができるが、好適に行うには、まずシリコンウエーハのような支持体上に、該レジスト組成物の溶液をスピンナーなどで塗布し、乾燥して感光層を形成させ、これに縮小投影露光装置などにより、ArFエキシマレーザー光などを所望のマスクパターンを介して照射し、加熱する。次いでこれを現像液、例えば1〜10重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液のようなアルカリ性水溶液などを用いて現像処理する。この形成方法でマスクパターンに忠実な画像を得ることができる。   With this negative resist composition, a resist pattern can be formed in the same manner as the resist pattern formation of conventionally used photoresist technology. However, in order to carry out the resist pattern suitably, first, on a support such as a silicon wafer. The resist composition solution is applied with a spinner or the like, dried to form a photosensitive layer, which is irradiated with ArF excimer laser light or the like through a desired mask pattern by a reduction projection exposure apparatus or the like, and heated. . Next, this is developed using a developer, for example, an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of 1 to 10% by weight of tetramethylammonium hydroxide. With this formation method, an image faithful to the mask pattern can be obtained.

この際のレジストパターンを形成するための基板としては特に制限はなく、従来ネガ型レジストが適用されている各種基板、例えばシリコンウエーハ、有機系又は無機系の反射防止膜が設けられたシリコンウエーハ、ガラス基板などのいずれでもよい。   The substrate for forming the resist pattern at this time is not particularly limited, and various substrates to which a negative resist is conventionally applied, such as a silicon wafer, a silicon wafer provided with an organic or inorganic antireflection film, Any of a glass substrate etc. may be sufficient.

本発明の重合体又は共重合体を樹脂成分とするネガ型レジスト組成物は、化学増幅型であって、ArFエキシマレーザー光に対して透明性が高く、高解像性を有するとともに、膨潤がなく、かつ断面形状が垂直なレジストパターンを形成することができる。   The negative resist composition comprising the polymer or copolymer of the present invention as a resin component is a chemically amplified type, is highly transparent to ArF excimer laser light, has high resolution, and swells. And a resist pattern having a vertical cross-sectional shape can be formed.

次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル単独重合体(重合体1)の製造
α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル32.5g(10.25ml)をテトラヒドロフラン200gに溶解し、反応開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル1.62gを加え、70℃で3時間重合反応させた。反応終了後、反応物をn‐ヘプタン1リットル中に注加して重合体を析出させる操作を2回繰り返した。このようにして得られた重合体を室温下で減圧乾燥した。
このようにして、α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル単独重合体を得た。この重合体の収量は20.5gであり、重量平均分子量は12500で、分散度は2.1であった。
Preparation of α- (hydroxymethyl) ethyl acrylate homopolymer (polymer 1) 32.5 g (10.25 ml) of ethyl α- (hydroxymethyl) acrylate was dissolved in 200 g of tetrahydrofuran, and azobisiso was used as a reaction initiator. 1.62 g of butyronitrile was added and a polymerization reaction was carried out at 70 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the operation of pouring the reaction product into 1 liter of n-heptane and precipitating the polymer was repeated twice. The polymer thus obtained was dried under reduced pressure at room temperature.
In this way, an α- (hydroxymethyl) ethyl acrylate homopolymer was obtained. The yield of this polymer was 20.5 g, the weight average molecular weight was 12500, and the degree of dispersion was 2.1.

α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸とα‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチルとの共重合体(重合体2)の製造
α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸5.1g(0.05モル、全モノマーに対するモル%は20モル%)及びα‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル26.0g(0.20モル、全モノマーに対するモル%は80モル%)をテトラヒドロフラン200gに溶解し、反応開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル1.62gを加え、70℃で3時間重合反応させた。反応終了後、反応物をn‐ヘプタン1リットル中に注加して重合体を析出させる操作を2回繰り返した。得られた共重合体を室温下で減圧乾燥した。
このようにして、α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸とα‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチルとの共重合体を得た。この共重合体の収量は23.0gであり、重量平均分子量は13500で、分散度は2.2であった。
Production of Copolymer (Polymer 2) of α- (hydroxymethyl) acrylic acid and α- (hydroxymethyl) ethyl acrylate 5.1 g (0.05 mol, based on the total amount of monomers) of α- (hydroxymethyl) acrylic acid 20% by mole) and 26.0 g of ethyl α- (hydroxymethyl) acrylate (0.20 mole, 80% by mole based on the total monomers) are dissolved in 200 g of tetrahydrofuran, and azobisiso is used as a reaction initiator. 1.62 g of butyronitrile was added and a polymerization reaction was carried out at 70 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the operation of pouring the reaction product into 1 liter of n-heptane and precipitating the polymer was repeated twice. The obtained copolymer was dried under reduced pressure at room temperature.
In this way, a copolymer of α- (hydroxymethyl) acrylic acid and ethyl α- (hydroxymethyl) acrylate was obtained. The yield of this copolymer was 23.0 g, the weight average molecular weight was 13500, and the degree of dispersion was 2.2.

α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチルとメタクリル酸との共重合体(重合体3)の製造
α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチル26.0g(0.2モル、全モノマーに対するモル%は80モル%)及びメタクリル酸4.3g(0.05モル、全モノマーに対するモル%は20モル%)をテトラヒドロフラン200gに溶解し、反応開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル1.62gを加え、70℃で3時間重合反応させた。反応終了後、反応物をn‐ヘプタン1リットル中に注加して重合体を析出させる操作を2回繰り返した。得られた共重合体を室温下で減圧乾燥した。
このようにして、α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチルとメタクリル酸との共重合体を得た。この共重合体の収量は19.0gであり、重量平均分子量は15500で、分散度は1.9であった。
Production of copolymer of α- (hydroxymethyl) ethyl acrylate and methacrylic acid (Polymer 3) 26.0 g of ethyl α- (hydroxymethyl) acrylate (0.2 mol, mol% based on the total monomer is 80 mol) %) And 4.3 g of methacrylic acid (0.05 mol, 20 mol% based on the total monomers) are dissolved in 200 g of tetrahydrofuran, and 1.62 g of azobisisobutyronitrile is added as a reaction initiator at 70 ° C. The polymerization reaction was performed for 3 hours. After completion of the reaction, the operation of pouring the reaction product into 1 liter of n-heptane and precipitating the polymer was repeated twice. The obtained copolymer was dried under reduced pressure at room temperature.
In this way, a copolymer of ethyl α- (hydroxymethyl) acrylate and methacrylic acid was obtained. The yield of this copolymer was 19.0 g, the weight average molecular weight was 15500, and the degree of dispersion was 1.9.

α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチルとメタクリル酸カルボキシテトラシクロ[4.4.0.12. 5.17. 10]ドデシルエステルとの共重合体(重合体4)の製造
実施例3において、メタクリル酸4.3gの代わりに、式

Figure 2005042119
で表わされるメタクリル酸カルボキシテトラシクロ[4.4.0.12. 5.17. 10]ドデシルエステル14.5g(0.05モル)を用いた以外は、実施例3と同様にして、α‐(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチルと上記化合物との共重合体を得た。
この共重合体の収量は20.2gであり、重量平均分子量は14000で、分散度は1.8であった。 alpha-(hydroxymethyl) ethyl acrylate and methacrylic acid carboxymethyl tetracyclo [4.4.0.1 2. 5. 17.10 ] Production of copolymer with dodecyl ester (polymer 4) In Example 3, instead of 4.3 g of methacrylic acid, the formula
Figure 2005042119
In methacrylic acid represented carboxymethyl tetracyclo [4.4.0.1 2. 5. 1 7. 10] except for using the dodecyl ester 14.5 g (0.05 mol) in the same manner as in Example 3, alpha-obtain a copolymer of (hydroxymethyl) acrylate and the compound .
The yield of this copolymer was 20.2 g, the weight average molecular weight was 14000, and the degree of dispersion was 1.8.

比較例1
メタクリル酸ヒドロキシエチルとメタクリル酸との共重合体(重合体5)の製造
メタクリル酸ヒドロキシエチル26.0g(0.2モル、全モノマーに対するモル%は80モル%)及びメタクリル酸4.3g(0.05モル、全モノマーに対するモル%は20モル%)をテトラヒドロフラン200gに溶解し、反応開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル1.62gを加え、70℃で3時間重合反応させた。反応終了後、反応物をn‐ヘプタン1リットル中に注加して重合体を析出させ、得られた共重合体を室温下で減圧乾燥した。
このようにして、メタクリル酸ヒドロキシエチルとメタクリル酸との共重合体を得た。この共重合体の収量は20.0gであり、重量平均分子量は11000で、分散度は1.75であった。
Comparative Example 1
Production of Copolymer of Hydroxyethyl Methacrylate and Methacrylic Acid (Polymer 5) 26.0 g of hydroxyethyl methacrylate (0.2 mol, 80% by mol based on the total monomers) and 4.3 g of methacrylic acid (0 0.05 mol, 20% by mol relative to the total monomer) was dissolved in 200 g of tetrahydrofuran, 1.62 g of azobisisobutyronitrile was added as a reaction initiator, and a polymerization reaction was carried out at 70 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the reaction product was poured into 1 liter of n-heptane to precipitate a polymer, and the obtained copolymer was dried under reduced pressure at room temperature.
In this way, a copolymer of hydroxyethyl methacrylate and methacrylic acid was obtained. The yield of this copolymer was 20.0 g, the weight average molecular weight was 11000, and the degree of dispersion was 1.75.

比較例2
メタクリル酸ヒドロキシエチルとメタクリル酸カルボキシテトラシクロ[4.4.0.12. 5.17. 10]ドデシルエステルとの共重合体(重合体6)の製造
比較例1において、メタクリル酸4.3gの代わりに、メタクリル酸カルボキシテトラシクロ[4.4.0.12. 5.17. 10]ドデシルエステル14.5g(0.05モル)を用いた以外は、比較例1と同様にして、メタクリル酸ヒドロキシエチルと上記化合物との共重合体を得た。
この共重合体の収量は14.0gであり、重量平均分子量は16000で、分散度は2.0であった。
Comparative Example 2
Hydroxyethyl methacrylate and methacrylic acid carboxymethyl tetracyclo [4.4.0.1 2. 5. 1 7.10] copolymers of dodecyl ester in Comparative Production Example 1 of (Polymer 6), in place of methacrylic acid 4.3 g, methacrylic acid carboxymethyl tetracyclo [4.4.0.1 2. 5. 1 7.10] except for using the dodecyl ester 14.5 g (0.05 mol) is in the same manner as in Comparative Example 1, to obtain a copolymer of hydroxyethyl methacrylate and the compound.
The yield of this copolymer was 14.0 g, the weight average molecular weight was 16000, and the degree of dispersion was 2.0.

参考例1
実施例1で得た重合体(重合体1)100重量部、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート3重量部をプロピレングリコールモノメチルエーテル670重量部に溶解してネガ型レジスト溶液を得た。
次いで、このレジスト溶液をスピンナーを用いてシリコンウエーハ上に塗布し、ホットプレート上で120℃で90秒間プレベークすることにより、膜厚0.5μmのレジスト層を形成した。次いで、ArF露光装置(ニコン社製)により、ArFエキシマレーザー光(193nm)を選択的に照射したのち、150℃、30分間加熱(PEB)処理し、次いで2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で65秒間パドル現像し、30秒間水洗して乾燥した。
このような操作で0.50μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、100mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のないレジストパターンであった。
Reference example 1
A negative resist solution was obtained by dissolving 100 parts by weight of the polymer (polymer 1) obtained in Example 1 and 3 parts by weight of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate in 670 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether.
Next, this resist solution was applied onto a silicon wafer using a spinner and prebaked on a hot plate at 120 ° C. for 90 seconds to form a resist layer having a thickness of 0.5 μm. Next, ArF excimer laser light (193 nm) was selectively irradiated with an ArF exposure apparatus (manufactured by Nikon Corporation), followed by heating (PEB) at 150 ° C. for 30 minutes, and then 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide. Paddle development was carried out with an aqueous solution for 65 seconds, washed with water for 30 seconds and dried.
A resist pattern of 0.50 μm was formed by such an operation, and the exposure amount at that time was measured in mJ / cm 2 (energy amount) unit as sensitivity, and it was 100 mJ / cm 2 . Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a resist pattern without swelling.

参考例2
参考例1において、重合体1を同量の重合体2に代えた以外は参考例1と同様にしてネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例1と同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.40μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、70mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のないレジストパターンであった。
Reference example 2
In Reference Example 1, a negative resist solution was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the polymer 1 was replaced with the same amount of the polymer 2, and then a resist pattern was formed under the same conditions as in Reference Example 1.
Such resist pattern 0.40μm in operation is formed, was measured exposure amount in the mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, it was 70 mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a resist pattern without swelling.

参考例3
参考例1において、重合体1を同量の重合体3に代えた以外は参考例1と同様にしてネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例1と同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.30μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、68mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のないレジストパターンであった。
Reference example 3
In Reference Example 1, a negative resist solution was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the polymer 1 was replaced with the same amount of the polymer 3, and then a resist pattern was formed under the same conditions as in Reference Example 1.
Such resist pattern 0.30μm in operation is formed, was measured exposure amount in the mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, it was 68mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a resist pattern without swelling.

参考例4
参考例1において、さらに架橋剤としてテトラキスメトキシメチルグリコールウリルを10重量部配合してネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例1においてプレベークを100℃、90秒間、PEBを120℃、90秒間とした以外は同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.30μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、90mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のない台形状のレジストパターンであった。
Reference example 4
In Reference Example 1, a negative resist solution was prepared by further blending 10 parts by weight of tetrakismethoxymethylglycoluril as a cross-linking agent. Then, in Reference Example 1, prebaking was performed at 100 ° C. for 90 seconds, and PEB at 120 ° C. for 90 seconds. A resist pattern was formed under the same conditions as described above.
Such resist pattern 0.30μm in operation is formed, was measured exposure amount in the mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, it was 90 mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a trapezoidal resist pattern without swelling.

参考例5
参考例2において、さらに架橋剤としてテトラキスメトキシメチルグリコールウリルを10重量部配合してネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例2においてプレベークを100℃、90秒間、PEBを120℃、90秒間とした以外は同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.20μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、40mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のない垂直なレジストパターンであった。
Reference Example 5
In Reference Example 2, a negative resist solution was prepared by further blending 10 parts by weight of tetrakismethoxymethylglycoluril as a cross-linking agent. Then, in Reference Example 2, prebaking was performed at 100 ° C. for 90 seconds, and PEB at 120 ° C. for 90 seconds. A resist pattern was formed under the same conditions as described above.
Such resist pattern 0.20μm in operation is formed, was measured exposure amount in the mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, it was 40 mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a vertical resist pattern without swelling.

参考例6
参考例3において、さらに架橋剤としてテトラキスメトキシメチルグリコールウリルを10重量部配合してネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例3においてプレベークを100℃、90秒間、PEBを120℃、90秒間とした以外は同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.18μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、40mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のない垂直な極めて良好なレジストパターンであった。
Reference Example 6
In Reference Example 3, a negative resist solution was prepared by further blending 10 parts by weight of tetrakismethoxymethylglycoluril as a cross-linking agent. Then, in Reference Example 3, pre-baking was performed at 100 ° C. for 90 seconds, and PEB at 120 ° C. for 90 seconds. A resist pattern was formed under the same conditions as described above.
Such resist pattern 0.18μm in operation is formed, was measured exposure amount in the mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, it was 40 mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a very good vertical resist pattern without swelling.

参考例7
参考例1において、重合体1を同量の重合体4に代え、さらに架橋剤としてテトラキスメトキシメチルグリコールウリルを10重量部配合した以外は参考例1と同様にしてネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例4と同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.20μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、35mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のないレジストパターンであった。
Reference Example 7
In Reference Example 1, a negative resist solution was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that 10 parts by weight of tetrakismethoxymethylglycoluril was added as a crosslinking agent in place of the same amount of polymer 1 as polymer 4. Next, a resist pattern was formed under the same conditions as in Reference Example 4.
Such resist pattern 0.20μm in operation is formed, was measured exposure amount in the mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, it was 35 mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a resist pattern without swelling.

参考例8
実施例1で得た重合体100重量部、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート3重量部及びテトラキスブトキシメチルグリコールウリル10重量部をプロピレングリコールモノメチルエーテル500重量部に溶解してネガ型レジスト溶液を得た。
次に、このレジスト溶液をスピンナーを用いてシリコンウエーハ上に塗布し、ホットプレート上で100℃で90秒間プレベークすることにより、膜厚0.5μmのレジスト層を形成した。次いで、ArF露光装置(ニコン社製)により、ArFエキシマレーザー(193nm)を選択的に照射したのち、120℃、90秒間PEB処理し、次いで、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で65秒間パドル現像し、30秒間水洗して乾燥した。
このような操作で0.20μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、32mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤のない垂直性の極めて高い良好なレジストパターンであった。
Reference Example 8
100 parts by weight of the polymer obtained in Example 1, 3 parts by weight of triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, and 10 parts by weight of tetrakisbutoxymethylglycoluril were dissolved in 500 parts by weight of propylene glycol monomethyl ether to obtain a negative resist solution.
Next, this resist solution was applied onto a silicon wafer using a spinner and prebaked on a hot plate at 100 ° C. for 90 seconds to form a resist layer having a thickness of 0.5 μm. Next, an ArF excimer laser (193 nm) was selectively irradiated with an ArF exposure apparatus (manufactured by Nikon Corporation), then subjected to PEB treatment at 120 ° C. for 90 seconds, and then 65% with a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution. Paddle development was performed for 2 seconds, followed by washing with water for 30 seconds and drying.
Such resist pattern 0.20μm in operation is formed, was measured exposure amount in the mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, it was 32 mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with an SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a good resist pattern with very high perpendicularity without swelling.

参考例9
参考例1において、重合体1を同量の重合体5に代えた以外は参考例1と同様にしてネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例1と同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で得られたレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤した上にレジストパターンがつながったものであった。
Reference Example 9
In Reference Example 1, a negative resist solution was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the polymer 1 was replaced with the same amount of the polymer 5, and then a resist pattern was formed under the same conditions as in Reference Example 1.
When the cross-sectional shape of the resist pattern obtained by such an operation was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was swollen and the resist pattern was connected.

参考例10
参考例4において、重合体1を同量の重合体5に代えた以外は参考例4と同様にしてネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例4と同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.18μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、50mJ/cm2であった。しかし、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤したレジストトップ部分が横に突き出た不良なレジストパターンであった。
Reference Example 10
In Reference Example 4, a negative resist solution was prepared in the same manner as in Reference Example 4 except that the polymer 1 was replaced with the same amount of the polymer 5, and then a resist pattern was formed under the same conditions as in Reference Example 4.
A resist pattern of 0.18 μm was formed by such an operation, and the exposure amount at that time was measured in mJ / cm 2 (energy amount) unit as sensitivity, and it was 50 mJ / cm 2 . However, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a defective resist pattern in which the swollen resist top portion protruded sideways.

参考例11
参考例1において、重合体1を同量の重合体6に代え、さらに架橋剤としてテトラキスメトキシメチルグリコールウリルを10重量部配合した以外は参考例1と同様にしてネガ型レジスト溶液を調製し、次いで参考例4と同様な条件でレジストパターンを形成した。
このような操作で0.25μmのレジストパターンが形成され、その際の露光量を感度としてmJ/cm2(エネルギー量)単位で測定したところ、70mJ/cm2であった。また、そのレジストパターンの断面形状をSEM(走査型電子顕微鏡)写真により観察したところ、膨潤したレジストパターンであった。
Reference Example 11
In Reference Example 1, a negative resist solution was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the polymer 1 was replaced with the same amount of the polymer 6 and 10 parts by weight of tetrakismethoxymethylglycoluril was further added as a crosslinking agent. Next, a resist pattern was formed under the same conditions as in Reference Example 4.
Such 0.25μm resist pattern operations is formed, the measured exposure amount at that time mJ / cm 2 (energy amount) as sensitivity units, was 70 mJ / cm 2. Moreover, when the cross-sectional shape of the resist pattern was observed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, it was a swollen resist pattern.

本発明の重合体及び共重合体は、化学増幅型ネガ型レジスト組成物の樹脂成分として有用である。   The polymer and copolymer of the present invention are useful as a resin component of a chemically amplified negative resist composition.

Claims (5)

α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸及びそのアルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーの重合体又は共重合体。   A polymer or copolymer of at least one monomer selected from α- (hydroxyalkyl) acrylic acid and alkyl esters thereof. (a)α‐(ヒドロキシアルキル)アクリル酸及びそのアルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーと、(b)(a)以外のエチレン性不飽和カルボン酸及びそのエステルの中から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合体。   (A) at least one monomer selected from α- (hydroxyalkyl) acrylic acid and alkyl esters thereof; and (b) at least selected from ethylenically unsaturated carboxylic acids other than (a) and esters thereof. Copolymer with one monomer. (b)成分が、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸アルキルエステル及びメタクリル酸アルキルエステルの中から選ばれる少なくとも1種である請求項2記載の共重合体。   The copolymer according to claim 2, wherein the component (b) is at least one selected from acrylic acid, methacrylic acid, alkyl acrylate ester and alkyl methacrylate ester. (a)成分のモノマーから誘導される単位と(b)成分のモノマーから誘導される単位との割合が、重量比で20:80ないし90:10の範囲である請求項2又は3記載の共重合体。   The ratio according to claim 2 or 3, wherein the ratio of the unit derived from the monomer of component (a) to the unit derived from the monomer of component (b) is in the range of 20:80 to 90:10 by weight. Polymer. 重量平均分子量2,000〜20,000の範囲である請求項1ないし4のいずれかに記載の重合体又は共重合体。
The polymer or copolymer according to any one of claims 1 to 4, which has a weight average molecular weight in the range of 2,000 to 20,000.
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