JP2005060638A - Polymer, production method, resist composition and method for forming pattern - Google Patents

Polymer, production method, resist composition and method for forming pattern Download PDF

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竜一 安斎
Tadayuki Fujiwara
匡之 藤原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a polymer useful as a resist material, or the like, especially the polymer as the resist material suitable for a fine processing using an ArF excimer laser or an electron beam, to provide a method for producing the same, to obtain a resist composition by using the same, and to provide a method for forming a pattern. <P>SOLUTION: The polymer contains a constitution unit expressed by formula (1) [wherein, (n) is 0-3 integer; R1 is H or methyl; R2 is a 1-6C straight chain or branched chain alkyl; R3, R4 are each independently H or a 1-4C straight chain or branched chain alkyl, or R3 and R4 together form a 1-6C alkylene chain, O, S or NH; X1, X2 are each a direct bond or a 1-3C alkylene chain; Y1 is O, C(O), O-C(O) or C(O)-O; and also a cycloalkyl ring, alkyl, alkylene, X1 and X2 are each independently a 1-6C straight chain or branched chain alkyl, hydroxy, carboxyl, or the like]. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レジスト材料等に有用な重合体、特に、ArFエキシマレーザーあるいは電子線を使用する微細加工に好適なレジスト材料用重合体、その製造方法、この重合体を用いたレジスト組成物、およびパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a polymer useful for a resist material and the like, in particular, a polymer for a resist material suitable for microfabrication using an ArF excimer laser or an electron beam, a production method thereof, a resist composition using the polymer, and The present invention relates to a pattern forming method.

近年、半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野においては、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。その微細化の手法としては、一般に、露光光源から発せられる照射光の短波長化が用いられ、具体的には、従来のg線(波長:438nm)、i線(波長:365nm)に代表される紫外線からDUV(Deep Ultra Violet)へと照射光が変化してきている。   In recent years, in the field of microfabrication in the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal elements, miniaturization has rapidly progressed due to advances in lithography technology. As a method for miniaturization, generally, the wavelength of irradiation light emitted from an exposure light source is shortened. Specifically, it is represented by conventional g-line (wavelength: 438 nm) and i-line (wavelength: 365 nm). Irradiation light is changing from ultraviolet rays to DUV (Deep Ultra Violet).

現在では、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)リソグラフィー技術が市場に導入され、さらなる短波長化を図ったArFエキシマレーザー(波長:193nm)リソグラフィー技術も導入されようとしている。さらに、次世代の技術として、F2エキシマレーザー(波長:157nm)リソグラフィー技術が研究されている。また、これらとは若干異なるタイプのリソグラフィー技術として、電子線リソグラフィー技術についても精力的に研究されている。 At present, KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) lithography technology is introduced into the market, and ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) lithography technology for further shortening the wavelength is about to be introduced. Further, as a next-generation technique, an F 2 excimer laser (wavelength: 157 nm) lithography technique has been studied. In addition, an electron beam lithography technique has been energetically studied as a slightly different type of lithography technique.

このような短波長の照射光あるいは電子線に対する高解像度のレジストとして、光酸発生剤を含有させた「化学増幅型レジスト」が提唱され、現在、この化学増幅型レジストの改良および開発が精力的に進められている。   As a high-resolution resist for such short-wavelength irradiation light or electron beam, a “chemically amplified resist” containing a photoacid generator has been proposed. At present, improvement and development of this chemically amplified resist are energetic. It is advanced to.

照射光の短波長化に対応して、レジストに使用される樹脂もその構造が変化している。例えば、KrFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて用いられるポリヒドロキシスチレンや、その水酸基を酸解離性の溶解抑制基で保護したものは、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいては、波長193nmの照射光に対する透明性が必ずしも十分とはいえず、使用できない場合が多い。   Corresponding to the shortening of the wavelength of the irradiation light, the structure of the resin used for the resist has also changed. For example, polyhydroxystyrene used in KrF excimer laser lithography and those whose hydroxyl groups are protected with an acid dissociable, dissolution inhibiting group are not necessarily sufficiently transparent to irradiation light with a wavelength of 193 nm in ArF excimer laser lithography. In many cases, it cannot be used.

そのため、ArFエキシマレーザーリソグラフィーにおいて使用されるレジスト樹脂として、波長193nmの照射光に対して透明なアクリル系樹脂が注目されている。このようなアクリル系樹脂として、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3などには、ラクトン環を有する橋かけ環式飽和炭化水素のメタクリル酸エステルが記載されている。
特開2000−26446号公報 特開2002−275215 特開2002−308866公報 しかし、これらのメタクリル酸エステルを共重合させた樹脂は、レジスト溶液を調製する際の溶媒への溶解性が十分でない場合が多く、溶解に長時間要したり、不溶分が発生することで製造工程数が増加したりするなど、レジスト溶液の調製に支障をきたす場合があった。
Therefore, an acrylic resin that is transparent with respect to irradiation light with a wavelength of 193 nm has attracted attention as a resist resin used in ArF excimer laser lithography. As such an acrylic resin, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3 and the like describe a methacrylic ester of a bridged cyclic saturated hydrocarbon having a lactone ring.
JP 2000-26446 A JP 2002-275215 A However, a resin obtained by copolymerizing these methacrylic acid esters often does not have sufficient solubility in a solvent when preparing a resist solution. Occurrence of the resist increases the number of manufacturing steps, which may hinder the preparation of the resist solution.

本発明は、波長250nm以下の光、特にArFエキシマレーザー光に対して透明性が高く、有機溶媒に対する溶解性に優れた重合体、レジスト組成物に適したこのような重合体の製造方法、感度ならびにドライエッチング耐性にすぐれた遠紫外光エキシマレーザーリソグラフィーや電子線リソグラフィー等に好適なレジスト組成物、およびこのレジスト組成物を用いた高精度の微細なパターン形成方法を提供することを目的とする。   The present invention is a polymer having high transparency with respect to light having a wavelength of 250 nm or less, particularly ArF excimer laser light, and excellent solubility in organic solvents, and a method for producing such a polymer suitable for a resist composition, sensitivity Another object of the present invention is to provide a resist composition suitable for far-ultraviolet excimer laser lithography, electron beam lithography, and the like excellent in dry etching resistance, and a highly accurate fine pattern forming method using the resist composition.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、波長250nm以下の光に対して透明性が高く、有機溶媒に対する溶解性に優れた特定の単量体構成単位を含んだ重合体、これを使用した感度、解像度およびドライエッチング耐性に優れた遠紫外光エキシマレーザーリソグラフィーや電子線リソグラフィー等に好適なレジスト組成物、およびこのレジスト組成物を用いたパターン形成方法を見出して本発明に到達した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that a polymer containing a specific monomer constituent unit that is highly transparent to light having a wavelength of 250 nm or less and excellent in solubility in an organic solvent. The present invention has found a resist composition suitable for far-ultraviolet excimer laser lithography, electron beam lithography, etc., which has excellent sensitivity, resolution, and dry etching resistance, and a pattern formation method using this resist composition. Reached.

すなわち、本発明の第一の要旨は、下記式(1)

Figure 2005060638
That is, the first gist of the present invention is the following formula (1).
Figure 2005060638

(式(1)中、nは0〜3の整数を示し、Rは水素原子またはメチル基を示し、Rは炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を示し、R、Rはそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐アルキル基を示すか、RとRとで炭素数1〜6のアルキレン鎖、−O−、−S−、または−NH−を形成する。X、Xは直接結合または炭素数1〜3のアルキレン鎖を示し、Yは酸素原子、C(O)、O−C(O)またはC(O)−Oを示す。また、前記シクロヘキシル環、前記アルキル基、前記アルキレン基、X、Xはそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、アミノ基、シアノ基を有していてもよい。)
で表される構成単位を含有する重合体である。
(In the formula (1), n represents an integer of 0 to 3, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 3 , R 4 each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alkylene chain having 1 to 6 carbon atoms represented by R 3 and R 4 , —O—, —S—, or — NH 1 is formed, X 1 and X 2 represent a direct bond or an alkylene chain having 1 to 3 carbon atoms, and Y 1 represents an oxygen atom, C (O), O—C (O) or C (O) —O. In addition, the cyclohexyl ring, the alkyl group, the alkylene group, X 1 and X 2 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, and 1 to 6 carbon atoms. Carboxyl group, amino group, cyano esterified with alcohol It may have.)
It is a polymer containing the structural unit represented by these.

本発明の第二の要旨は、下記式(2)

Figure 2005060638
The second gist of the present invention is the following formula (2).
Figure 2005060638

(式(2)中、R〜Rは、X、X、Yは式(1)と同義である。R〜Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、アミノ基またはシアノ基を示す。また、前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基はヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、アミノ基またはシアノ基を有していてもよい。)
で表される構成単位を含有する重合体である。
(In the formula (2), R 1 ~R 4 is, X 1, X 2, Y 1 is as defined for formula (1) .R 5 ~R 8 each independently represent a hydrogen atom and a A linear or branched alkyl group, a hydroxy group, a carboxy group, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, an amino group or a cyano group, and the linear or branched alkyl having 1 to 6 carbon atoms. The group may have a hydroxy group, a carboxy group, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an amino group, or a cyano group.)
It is a polymer containing the structural unit represented by these.

本発明の第三の要旨は、下記式(3)

Figure 2005060638
The third gist of the present invention is the following formula (3).
Figure 2005060638

(式(3)中、R、X、X、Yは式(1)と同義であり、R〜R8は式(2)と同義である。Zは、炭素数1〜3のメチレン鎖または酸素原子を示す。)
で表される構成単位を含有する重合体である。
(In the formula (3), R 1, X 1, X 2, Y 1 is as defined for formula (1), R 5 ~R 8 are as defined in the formula (2) .Z is 1 to carbon atoms 3 methylene chains or oxygen atoms.)
It is a polymer containing the structural unit represented by these.

本発明の第四の要旨は、重合することにより本発明の重合体の構成単位となる単量体を重合容器中に滴下しながら重合を行う請求項1〜5のいずれか一項記載の重合体の製造方法である。   The fourth gist of the present invention is the polymerization according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymerization is carried out while dropping a monomer that becomes a constituent unit of the polymer of the present invention into a polymerization vessel. It is a manufacturing method of coalescence.

本発明の第五の要旨は、前記重合体を含有するレジスト組成物である。   The fifth gist of the present invention is a resist composition containing the polymer.

本発明の第六の要旨は、前記レジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程と、250nm以下の波長の光で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法である。   The sixth gist of the present invention is a pattern forming method comprising a step of applying the resist composition onto a substrate to be processed, a step of exposing with light having a wavelength of 250 nm or less, and a step of developing using a developer. It is.

本発明第七の要旨は、前記レジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程と、電子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パターン形成方法である。   The seventh gist of the present invention is a pattern forming method comprising a step of applying the resist composition onto a substrate to be processed, a step of exposing with an electron beam, and a step of developing using a developer.

本発明の重合体は波長250nm以下の光、特にArFエキシマレーザー光に対して透明性が高く、有機溶媒に対する溶解性に優れている。また、これを使用したレジスト組成物は感度およびドライエッチング耐性に優れ、特にArFエキシマレーザーを使用するリソグラフィーに好適に用いることが出来る。また、本発明の製造方法により、レジスト組成物に適した樹脂を製造することが可能である。   The polymer of the present invention is highly transparent to light having a wavelength of 250 nm or less, particularly ArF excimer laser light, and is excellent in solubility in an organic solvent. In addition, a resist composition using this is excellent in sensitivity and dry etching resistance, and can be suitably used particularly for lithography using an ArF excimer laser. Moreover, it is possible to manufacture resin suitable for a resist composition by the manufacturing method of this invention.

このようなレジスト組成物を用いた本発明のパターン形成方法によれば、高精度の微細なレジストパターンを安定して形成することができる。このパターン形成方法は遠紫外光エキシマレーザーリソグラフィーや電子線リソグラフィー、特にArFエキシマレーザーを使用するリソグラフィーに好適である。   According to the pattern forming method of the present invention using such a resist composition, a highly accurate fine resist pattern can be stably formed. This pattern forming method is suitable for deep ultraviolet excimer laser lithography and electron beam lithography, particularly for lithography using an ArF excimer laser.

以下、本発明を詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

本発明では、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸とメタクリル酸の総称である。 In the present invention, “(meth) acrylic acid” is a general term for acrylic acid and methacrylic acid.

本発明の前記式(1)で表される構成単位から選ばれる1種又は2種以上を構成単位として含有することを特徴とする重合体は、下記式(4)

Figure 2005060638
The polymer characterized by containing one or more selected from the structural units represented by the formula (1) of the present invention as a structural unit is represented by the following formula (4):
Figure 2005060638

(式中、n、R〜R、X、X、Yは式(1)と同義である。)
で表される単量体から選ばれる1種又は2種以上を重合させることにより得られる。
(In the formula, n, R 1 to R 4 , X 1 , X 2 and Y 1 have the same meanings as in formula (1).)
It can be obtained by polymerizing one or more selected from monomers represented by the formula:

前記式(4)で表される単量体は、前記式(4)で表される単量体以外の単量体と共重合させてもよい。   The monomer represented by the formula (4) may be copolymerized with a monomer other than the monomer represented by the formula (4).

なお、本発明において、単量体とはすべての幾何異性体、光学異性体などを含む概念であり、純粋な異性体として、またそれらの混合物として使用できる。また、中間体を含んでいても使用可能である。必要ならば、通常の蒸留、薄膜蒸留、再結晶、およびカラムクロマトグラフィー等の手段によって精製してもよい。   In the present invention, the monomer is a concept including all geometric isomers, optical isomers and the like, and can be used as a pure isomer or a mixture thereof. Moreover, it can be used even if it contains an intermediate. If necessary, it may be purified by means of ordinary distillation, thin film distillation, recrystallization, column chromatography and the like.

この重合体は、透明性、有機溶媒に対する溶解性に優れ、この重合体をベース樹脂として配合したレジスト材料は、感度、解像度およびドライエッチング耐性といったレジスト性能を損なうことなく、遠紫外光エキシマレーザーリソグラフィーや電子線リソグラフィー等に好適である。   This polymer is excellent in transparency and solubility in organic solvents, and resist materials formulated with this polymer as a base resin can be used for deep ultraviolet excimer laser lithography without compromising resist performance such as sensitivity, resolution, and dry etching resistance. And is suitable for electron beam lithography.

前記式(1)中のC2nの例としては、単結合(n=0)、CH、CH−CH、CH−CH−CH、CH(CH)−CHが挙げられる。重合体をレジスト組成物材料に使用したときのドライエッチング耐性の点から単結合(n=0)が好ましい。 Examples of C n H 2n in the formula (1) include a single bond (n = 0), CH 2 , CH 2 —CH 2 , CH 2 —CH 2 —CH 2 , CH (CH 3 ) —CH 2. Is mentioned. From the viewpoint of dry etching resistance when a polymer is used as a resist composition material, a single bond (n = 0) is preferred.

で示される炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐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、tert−アミル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基などが挙げられる。基板密着性が高い点から、メチル基、エチル基、イソプロピル基が好ましく、メチル基がより好ましい。 Examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 2 are methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, tert- An amyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, etc. are mentioned. From the viewpoint of high substrate adhesion, a methyl group, an ethyl group, and an isopropyl group are preferable, and a methyl group is more preferable.

Oは、シクロヘキシル環中の任意の炭素原子と結合しうるが、重合体の有機溶媒への溶解性が高い点から、前記式(2)、(3)中で表される位置が好ましい。 R 2 O can be bonded to any carbon atom in the cyclohexyl ring, but the position represented by the above formulas (2) and (3) is preferable from the viewpoint of high solubility of the polymer in an organic solvent. .

前記式(1)〜(2)中のR、Rの例としては水素原子またはメチル基、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−ブチル基などが挙げられ、また、RとRとで、−CH−、−O−、−S−、−NH−、−CH−CH−、−CH−O−CH−、−CH−O−C−、−CH−O−C−、−CH−O−C−、−CH−O−C10−、−C−O−C−、−C−O−C−、−C−O−C−、−C−O−C−、−CH−S−CH−、−CH−S−C−、−CH−S−C−、−CH−S−C−、−CH−S−C10−、−C−S−C−、−C−S−C−、−C−S−C−、−C−S−C−、−CH−NH−CH−、−CH−NH−C−、−CH−NH−C−、−CH−NH−C−、−CH−NH−C10−、−C−NH−C−、−C−NH−C−、−C−NH−C−、−C−NH−C−などを形成している構造が挙げられる。重合体の安定性、透明性の点から−O−、または炭素数1〜3のメチレン鎖を形成していることが好ましい。単量体の安定性、ドライエッチング耐性の点ではRとRとで−CH−、−CH−CH−を形成することがより好ましく、基板密着性が高い点では、RとRとで−O−を形成することがより好ましい。 Examples of R 3 and R 4 in the formulas (1) to (2) include a hydrogen atom or a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, and a tert-butyl group. and the like, also in R 3 and R 4, -CH 2 -, - O -, - S -, - NH -, - CH 2 -CH 2 -, - CH 2 -O-CH 2 -, - CH 2 -O-C 2 H 4 -, - CH 2 -O-C 3 H 6 -, - CH 2 -O-C 4 H 8 -, - CH 2 -O-C 5 H 10 -, - C 2 H 4 —O—C 2 H 4 —, —C 2 H 4 —O—C 3 H 6 —, —C 2 H 4 —O—C 4 H 8 —, —C 3 H 6 —O—C 3 H 6- , —CH 2 —S—CH 2 —, —CH 2 —S—C 2 H 4 —, —CH 2 —S—C 3 H 6 —, —CH 2 —S—C 4 H 8 —, — CH 2 -S-C 5 H 10 - , - C 2 H 4 -S-C 2 H 4 -, - C 2 H 4 -S-C 3 H 6 -, - C 2 H 4 -S-C 4 H 8 -, - C 3 H 6 -S -C 3 H 6 -, - CH 2 -NH-CH 2 -, - CH 2 -NH-C 2 H 4 -, - CH 2 -NH-C 3 H 6 -, -CH 2 -NH-C 4 H 8 -, - CH 2 -NH-C 5 H 10 -, - C 2 H 4 -NH-C 2 H 4 -, - C 2 H 4 -NH-C 3 H 6 -, - C 2 H 4 -NH -C 4 H 8 -, - C 3 H 6 -NH-C 3 H 6 - include structure forming the like. From the viewpoint of the stability and transparency of the polymer, -O- or a methylene chain having 1 to 3 carbon atoms is preferably formed. Stability of the monomer, the dry etching resistance in terms of -CH 2 in R 3 and R 4 -, - CH 2 -CH 2 - is more preferable to form the, in terms high substrate adhesion, R 3 And R 4 more preferably form —O—.

、Xは、基板密着性が高い点から、直接結合または炭素数1〜2のメチレン鎖であることが好ましく、X、Xが結合している炭素原子には他の置換基がないことが好ましい。 X 1 and X 2 are preferably a direct bond or a methylene chain having 1 to 2 carbon atoms from the viewpoint of high substrate adhesion, and other substituents may be attached to the carbon atom to which X 1 and X 2 are bonded. It is preferable that there is no.

重合体の安定性の点から直接結合または−CH−であることがより好ましい。 From the viewpoint of the stability of the polymer, a direct bond or —CH 2 — is more preferable.

、Xが有していてもよい炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基の例としては、前記と同様の例が挙げられる。 Examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms that X 1 and X 2 may have include the same examples as described above.

、Xが有していてもよい炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基の例としては、−COOCH、−COOC、−COOC、−COOC、−COOC10、−COOC13(ここで、Cはn−プロピル基、iso−プロピル基、Cはn−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、C10はn−ペンチル基、C13はn−ヘキシル基などを示す)が挙げられる。 Examples of the carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms that X 1 and X 2 may have include —COOCH 3 , —COOC 2 H 5 , —COOC 3 H 7 , and —COOC 4. H 9 , —COOC 5 H 10 , —COOC 6 H 13 (where C 3 H 7 is an n-propyl group, iso-propyl group, C 4 H 9 is an n-butyl group, sec-butyl group, tert- Butyl group, C 5 H 10 represents an n-pentyl group, and C 6 H 13 represents an n-hexyl group).

、Xが有していてもよい炭素数1〜6のアルコキシ基の例としては、−OCH、−OC、−OC、−OC、−OC10、−OC13(ここで、Cはn−プロピル基、iso−プロピル基、Cはn−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、C10はn−ペンチル基、C13はn−ヘキシル基などを示す)が挙げられる。 Examples of the alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms that X 1 and X 2 may have include —OCH 3 , —OC 2 H 5 , —OC 3 H 7 , —OC 4 H 9 , —OC 5. H 10 , —OC 6 H 13 (where C 3 H 7 is n-propyl group, iso-propyl group, C 4 H 9 is n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, C 5 H 10 represents an n-pentyl group, and C 6 H 13 represents an n-hexyl group).

式(1)〜(3)中のシクロヘキシル環、直鎖もしくは分岐アルキル基、X、Xは、重合体の安定性、光透過性の点から、置換基なし、水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、または炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基を有していることが好ましく、基板密着性、現像液への濡れ性の点から、置換基なし、または炭素数1〜3の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、ヒドロキシメチル基を有していることが好ましく、置換基なし、または炭素数1〜3の直鎖もしくは分岐アルキル基を有していることがより好ましい。 In formulas (1) to (3), a cyclohexyl ring, a linear or branched alkyl group, X 1 and X 2 are not substituted, hydrogen atom, carbon number 1 from the viewpoint of stability and light transmittance of the polymer. It preferably has a -6 linear or branched alkyl group, a hydroxy group, a carboxy group, or a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, adhesion to the substrate, wettability to a developer In view of the above, it is preferable that there is no substituent, or a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a hydroxy group, or a hydroxymethyl group. Or it is more preferable that it has a branched alkyl group.

は基板密着性が高い点からO−C(O)またはC(O)−Oであることが好ましい。 Y 1 is preferably O—C (O) or C (O) —O from the viewpoint of high substrate adhesion.

以上述べたことをまとめると、式(1)で表される構成単位は式(2)であることが好ましく、式(3)であることがより好ましい。   In summary, the structural unit represented by the formula (1) is preferably the formula (2), and more preferably the formula (3).

前記式(4)で表される単量体の例として、下記式(6)〜(41)で表される単量体およびこれらの単量体の各種異性体などが挙げられる。

Figure 2005060638
Figure 2005060638
Figure 2005060638
Examples of the monomer represented by the formula (4) include monomers represented by the following formulas (6) to (41) and various isomers of these monomers.
Figure 2005060638
Figure 2005060638
Figure 2005060638

(式中Rは水素またはメチル基を示す。)
また、上記構造中の水素原子がヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、アミノ基またはシアノ基で置換された構造などが挙げられる。
(In the formula, R represents hydrogen or a methyl group.)
In addition, a structure in which a hydrogen atom in the above structure is substituted with a hydroxy group, a carboxy group, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an amino group, or a cyano group, etc. Is mentioned.

中でも、重合体をレジスト組成物に使用した時のドライエッチング耐性および基板密着性が高い点から前記式(8)〜(13)、前記式(20)〜(27)、前記式(30)〜(35)で表される単量体およびこれらの単量体の各種異性体が好ましく、前記式(8)〜(11)、前記式(30)〜(35)で表される単量体およびこれらの単量体の各種異性体がより好ましい。   Above all, the above formulas (8) to (13), the above formulas (20) to (27), and the above formulas (30) to (30) from the viewpoint of high dry etching resistance and substrate adhesion when a polymer is used for the resist composition. The monomer represented by (35) and various isomers of these monomers are preferable, and the monomer represented by the above formulas (8) to (11), the above formula (30) to (35), and Various isomers of these monomers are more preferable.

重合体中の前記式(1)〜(3)で表される構成単位の比率(2種以上ある場合はその和)に関し、下限は、感度および解像度の点で、15モル%以上が好ましく、30モル%以上がより好ましい。上限は、基板表面等への密着性および有機溶媒への溶解性が高い点で、70モル%以下が好ましく、60モル%以下がより好ましい。   Regarding the ratio of the structural units represented by the above formulas (1) to (3) in the polymer (sum of two or more types), the lower limit is preferably 15 mol% or more in terms of sensitivity and resolution, 30 mol% or more is more preferable. The upper limit is preferably 70 mol% or less, and more preferably 60 mol% or less, in terms of high adhesion to the substrate surface and the like and high solubility in an organic solvent.

本発明で使用される単量体の製造は、一例として下記工程(Scheme1およびScheme2)にて行うことができるが、これに限定されるものではない。

Figure 2005060638
The production of the monomer used in the present invention can be carried out in the following steps (Scheme 1 and Scheme 2) as an example, but is not limited thereto.
Figure 2005060638

5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物や1−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物およびその誘導体などの原料は、市販のものや既知の製法で合成したものが使用出来る。   Raw materials such as 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid anhydride, 1-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid anhydride and derivatives thereof can be commercially available or synthesized by known production methods.

水素化ホウ素ナトリウムを還元剤として用いて、酸無水物からラクトンを得る方法は広く知られており、例えば、J.Org.Chem.,35,3574(1970)には、THFまたはDMF溶媒下、水素化ホウ素ナトリウムを還元剤として用いてラクトン化合物を合成する方法が記載され、また、Synthesis,42(1974)には、エタノール溶媒下、水素化ホウ素ナトリウムにより還元してラクトン化合物を合成する方法が記載されている。   A method for obtaining a lactone from an acid anhydride using sodium borohydride as a reducing agent is widely known. Org. Chem. , 35, 3574 (1970) describe a method of synthesizing a lactone compound using sodium borohydride as a reducing agent in THF or DMF solvent, and Synthesis, 42 (1974) describes a method under an ethanol solvent. Describes a method of synthesizing a lactone compound by reduction with sodium borohydride.

過ギ酸や過安息香酸などの有機過酸化物を使用して不飽和結合を酸化しエポキシとする反応はJ.Chem.Soc.,221(1959)記載の方法などにより実施できる。   The reaction of oxidizing an unsaturated bond to an epoxy using an organic peroxide such as performic acid or perbenzoic acid is described in “J. Chem. Soc. , 221 (1959).

ヒドロキシ基をアルキル化しアルコキシ基とする方法は、アルカリの存在下、ハロゲン化アルキルを反応させる方法など種々の方法が知られており、そのいずれも使用出来る。   As a method for alkylating a hydroxy group into an alkoxy group, various methods such as a method of reacting an alkyl halide in the presence of an alkali are known, and any of them can be used.

エステル化反応は既知の方法のいずれでも使用可能である。アクリル酸クロリド、メタクリル酸クロリドなどのカルボン酸ハライドを使用する場合、塩化メチレン等の溶媒中、トリエチルアミン等の塩基を加えて反応を行う方法がある。   The esterification reaction can be used by any known method. When a carboxylic acid halide such as acrylic acid chloride or methacrylic acid chloride is used, there is a method of adding a base such as triethylamine in a solvent such as methylene chloride.

また、クロトノラクトン、5,6−ジヒドロ−2H−ピラン−2−オンおよびその誘導体などの原料は、市販のものや既知の製法で合成したものが使用可能である。これらの原料に1,3−ブタジエン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、フランなどを付加させるディールス・アルダー反応は既知の方法にて、容易に進行する。   In addition, raw materials such as crotonolactone, 5,6-dihydro-2H-pyran-2-one, and derivatives thereof can be commercially available or synthesized by a known production method. The Diels-Alder reaction in which 1,3-butadiene, cyclopentadiene, cyclohexadiene, furan or the like is added to these raw materials proceeds easily by a known method.

前記反応の生成物は、いくつかの構造異性体、幾何異性体、光学異性体を含む場合がある。本発明には、単離された異性体、異性体の混合物のまま、あるいは中間体を含んでいても使用可能である。必要ならば、通常の蒸留、薄膜蒸留、再結晶あるいはカラムクロマトグラフィー等の手段によって精製してもよい。   The product of the reaction may contain several structural isomers, geometric isomers, optical isomers. The present invention can be used as an isolated isomer, a mixture of isomers, or an intermediate. If necessary, it may be purified by means such as ordinary distillation, thin film distillation, recrystallization or column chromatography.

また、本発明においては、本発明に使用される前記単量体に加えて、酸脱離性基を有する単量体を共重合することが好ましい。   In the present invention, it is preferable to copolymerize a monomer having an acid leaving group in addition to the monomer used in the present invention.

ここで「酸脱離性基」とは、酸の作用により分解または脱離する基のことをいう。   Here, the “acid leaving group” means a group that decomposes or leaves by the action of an acid.

重合体が酸脱離性基を含有していると、その重合体を含むレジスト組成物は優れた感度を有する。   When the polymer contains an acid leaving group, the resist composition containing the polymer has excellent sensitivity.

酸脱離性基は、酸の作用により分解または脱離する基であれば特に限定されないが、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、脂環式骨格を有することが好ましく、具体的には、下記に示す基が好ましい。

Figure 2005060638
The acid leaving group is not particularly limited as long as it is a group that decomposes or leaves by the action of an acid, but preferably has an alicyclic skeleton from the viewpoint of high dry etching resistance required for a resist. Specifically, the following groups are preferable.
Figure 2005060638

(式中、R24、R251、R252はそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基を表す。R26、R27はそれぞれ独立に水素原子、ヘテロ原子を含んでもよい一価の炭化水素基またはヘテロ原子を介してもよい一価の炭化水素基を表す。この場合、ヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子などが挙げられ、−OH、−OR28、−O−、−S−、−S(=O)−、−NH、−NHR28、−N(R28、−NH−、−NR28−などの形態で含有または介在することができる。R28は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基を表す。)
脂環式骨格を有する構成単位とは、環状の炭化水素基を1個以上有する構造を有する構成単位である。
(In the formula, R 24 , R 251 and R 252 each independently represent a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 26 and R 27 each independently represent a hydrogen atom or a hetero atom. Represents a monovalent hydrocarbon group which may contain a monovalent hydrocarbon group or a heteroatom, and in this case, examples of the heteroatom include an oxygen atom, a sulfur atom and a nitrogen atom, and —OH , —OR 28 , —O—, —S—, —S (═O) —, —NH 2 , —NHR 28 , —N (R 28 ) 2 , —NH—, —NR 28 — and the like R 28 represents a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
The structural unit having an alicyclic skeleton is a structural unit having a structure having one or more cyclic hydrocarbon groups.

酸脱離性基を有する構成単位としては、レジストに必要とされるドライエッチング耐性が高い点から、下記式(42−1)で表される構成単位、下記式(42−2)で表される構成単位、下記式(42−3)で表される構成単位が特に好ましい。

Figure 2005060638
The structural unit having an acid leaving group is represented by the following formula (42-1) or the following formula (42-2) from the viewpoint of high dry etching resistance required for a resist. The structural unit represented by the following formula (42-3) is particularly preferred.
Figure 2005060638

(式(42−1)〜(42−3)中、Rは水素原子またはメチル基を表し、R、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を表し、Xは、置換基としてヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のエステル基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも一つの基を有していてもよい炭素数1〜6の直鎖または分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のエステル基またはアミノ基を表し、mは0〜4の整数を表す。なお、mが2以上の場合にはXとして複数の異なる基を有することも含む。)
なお、「炭素数1〜6のエステル基」とは、「炭素数1〜6のアルコールでエステル化されたカルボキシ基」のことをいう。
(In formulas (42-1) to (42-3), R represents a hydrogen atom or a methyl group, R 1 and R 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and X represents a substituent. And having at least one group selected from the group consisting of a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an ester group having 1 to 6 carbon atoms and an amino group A linear or branched alkyl group, a hydroxy group, a carboxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an ester group having 1 to 6 carbon atoms or an amino group, and m is 0 to 4 (In the case where m is 2 or more, X includes a plurality of different groups.)
The “ester group having 1 to 6 carbon atoms” means “carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms”.

なお、式(42−1)〜(42−3)において、Xで置換される位置は、それぞれ独立に環状構造のどの位置であってもよい。   In formulas (42-1) to (42-3), the position substituted with X may be independently any position of the cyclic structure.

このような構成単位は、通常、環状の炭化水素基が酸の作用により脱離する基である。 Such a structural unit is usually a group in which a cyclic hydrocarbon group is eliminated by the action of an acid.

式(42−1)〜(42−3)中のR、Rとしては、感度および解像度の点から、メチル基、エチル基、イソプロピル基が好ましい。 R 1 and R 2 in formulas (42-1) to (42-3) are preferably a methyl group, an ethyl group, or an isopropyl group from the viewpoint of sensitivity and resolution.

式(42−1)〜(42−3)中のmは、ドライエッチング耐性が高い点から、0であることが好ましい。   M in the formulas (42-1) to (42-3) is preferably 0 from the viewpoint of high dry etching resistance.

酸脱離性基を有する構成単位を重合体に導入するためには、酸脱離性基を有する単量体を共重合すればよい。酸脱離性基を有する単量体は、1種、あるいは、必要に応じて2種以上を組み合わせて使用することができる。   In order to introduce a structural unit having an acid leaving group into a polymer, a monomer having an acid leaving group may be copolymerized. Monomers having an acid leaving group can be used alone or in combination of two or more as required.

酸脱離性基を有する単量体として、具体的には、下記式(43−1)〜(43−18)で表される単量体が挙げられる。式(43−1)〜(43−18)中、Rは水素原子またはメチル基を表す。

Figure 2005060638
Specific examples of the monomer having an acid leaving group include monomers represented by the following formulas (43-1) to (43-18). In formulas (43-1) to (43-18), R represents a hydrogen atom or a methyl group.
Figure 2005060638

酸脱離性基を有する単量体としては、中でも、感度および解像度の点から、上記式(43−1)、上記式(43−2)、上記式(43−5)、および上記式(43−16)で表される単量体あるいはこの幾何異性体、および、これらの光学異性体がより好ましく、上記式(43−1)および上記式(43−2)で表される単量体が特に好ましい。   As the monomer having an acid leaving group, the above formula (43-1), the above formula (43-2), the above formula (43-5), and the above formula (43-5) are particularly preferable in terms of sensitivity and resolution. 43-16) or a monomer represented by the above formula (43-1) and the above formula (43-2) are more preferable. Is particularly preferred.

また、酸脱離性基を有する構成単位としては、下記に示すものも挙げられる。

Figure 2005060638
In addition, examples of the structural unit having an acid leaving group include those shown below.
Figure 2005060638

(式中、R80は酸脱離性基を表す。)
本発明の重合体は、さらに、上記以外の構成単位を含有していてもよい。すなわち、本発明の重合体は、前記構成単位に加えて、さらにラクトン骨格を有する構成単位、極性基を有する構成単位、およびその他の構成単位などを必要に応じ、適宜組み合わせ、含有していてもよい。
(In the formula, R 80 represents an acid leaving group.)
The polymer of the present invention may further contain structural units other than those described above. That is, the polymer of the present invention may contain a structural unit having a lactone skeleton, a structural unit having a polar group, and other structural units in addition to the above structural units, as appropriate, in combination as necessary. Good.

ラクトン骨格を有する構成単位を共重合体に導入するためには、例えば、ラクトン骨格を有する単量体を用いて共重合を行えばよい。   In order to introduce a structural unit having a lactone skeleton into the copolymer, for example, copolymerization may be performed using a monomer having a lactone skeleton.

このラクトン骨格を有する単量体としては、例えば、δ−バレロラクトン環を有する(メタ)アクリル酸誘導体、γ−ブチロラクトン環を有する(メタ)アクリル酸誘導体、脂環ラクトンを有する(メタ)アクリル酸誘導体等、およびこれらの化合物のラクトン環上に置換基を有する誘導体等が挙げられる。   Examples of the monomer having a lactone skeleton include (meth) acrylic acid derivatives having a δ-valerolactone ring, (meth) acrylic acid derivatives having a γ-butyrolactone ring, and (meth) acrylic acid having an alicyclic lactone. Derivatives and the like, and derivatives having a substituent on the lactone ring of these compounds are exemplified.

具体例を以下に示す。

Figure 2005060638
Specific examples are shown below.
Figure 2005060638

ラクトン骨格を有する構成単位を含むレジスト用共重合体は、金属表面等の極性の高い表面に対する密着性に優れており、またこれら構成単位が酸脱離性基を含有していると優れた感度を有する。さらに、これら構成単位が高い炭素密度を含有していると優れたドライエッチング耐性を有する。   Resist copolymers containing structural units having a lactone skeleton have excellent adhesion to highly polar surfaces such as metal surfaces, and excellent sensitivity when these structural units contain acid-eliminable groups. Have Furthermore, when these structural units contain a high carbon density, they have excellent dry etching resistance.

共重合体中でのラクトン骨格を有する構成単位(式(1)〜(3)で表される構成単位を除く)の比率は、1〜50モル%の範囲が好ましく、5〜40モル%の範囲がより好ましい。   The ratio of the structural units having a lactone skeleton in the copolymer (excluding the structural units represented by formulas (1) to (3)) is preferably in the range of 1 to 50 mol%, and is preferably 5 to 40 mol%. A range is more preferred.

本発明の重合体はパターン形状矩形性を向上させるため、極性基を有する構成単位を含むことがより好ましい。   In order to improve the pattern shape rectangularity, the polymer of the present invention more preferably includes a structural unit having a polar group.

極性基を有する構成単位を重合体に導入するには極性基を有する単量体を共重合すればよい。極性基を有する極性基を有する単量体とは、水酸基、シアノ基、アミノ基、および無水カルボキシ基のうち少なくとも1種以上を有し、重合性官能基として、エチレン性二重結合を有する単量体である。極性基を有する単量体は、1種あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。   In order to introduce a structural unit having a polar group into a polymer, a monomer having a polar group may be copolymerized. The monomer having a polar group having a polar group has at least one of a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, and an anhydrous carboxy group, and a monomer having an ethylenic double bond as a polymerizable functional group. It is a mer. Monomers having a polar group can be used alone or in combination of two or more.

共重合体中での極性基を有する構成単位(ラクトン骨格や酸脱離性基を含むものは除く)の比率は、1〜50モル%の範囲が好ましく、5〜40モル%の範囲がより好ましい。   The ratio of the structural unit having a polar group in the copolymer (excluding those containing a lactone skeleton or an acid leaving group) is preferably in the range of 1 to 50 mol%, more preferably in the range of 5 to 40 mol%. preferable.

このような極性基を有する単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸シアノノルボルニル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアダマンチル、(メタ)アクリル酸シアノトリシクロデカニル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシトリシクロデカニル、無水マレイン酸、無水イタコン酸、(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、および、これらの化合物の環式炭化水素基上に置換基を有する単量体、p−ヒドロキシスチレン等が挙げられる
極性基を有する単量体として、具体的には、下記式(45−1)〜(45−18)で表される単量体

Figure 2005060638
Examples of the monomer having such a polar group include hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxybutyl (meth) acrylate, cyanonorbornyl (meth) acrylate, hydroxyadamantyl (meth) acrylate, ( (Meth) acrylic acid cyanotricyclodecanyl, (meth) acrylic acid hydroxytricyclodecanyl, maleic anhydride, itaconic anhydride, (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) Specific examples of monomers having polar groups include acrylamide and monomers having substituents on the cyclic hydrocarbon groups of these compounds, p-hydroxystyrene, and the like. Monomers represented by 1) to (45-18)
Figure 2005060638

が挙げられる。中でも、ドライエッチング耐性が高い点から、前記式(45−4)〜(45−13)が好ましい。なお、Rは水素原子またはメチル基を表す。 Is mentioned. Among these, the above formulas (45-4) to (45-13) are preferable from the viewpoint of high dry etching resistance. R represents a hydrogen atom or a methyl group.

また、それ以外の共重合可能な他の単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸のカルボキシ基の水素原子が、メチル、エチル、2−エチルヘキシル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、t−ブチル、アダマンチル、メトキシメチル、n−プロポキシエチル、i−プロポキシエチル、n−ブトキシエチル、i−ブトキシエチル、t−ブトキシエチル、2−エトキシエチル、1−エトキシエチル、2,2,2−トリフルオロエチル、2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル等の官能基に置換された(メタ)アクリル酸誘導体;
α−(トリ)フルオロメチルアクリル酸のカルボキシ基の水素原子が、メチル、エチル、2−エチルヘキシル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、メトキシメチル、エトキシエチル、n−プロポキシエチル、i−プロポキシエチル、n−ブトキシエチル、i−ブトキシエチル、t−ブトキシエチル等の直鎖または分岐構造を持つα−(トリ)フルオロメチルアクリル酸誘導体;
スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族アルケニル化合物;
(メタ)アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、等の不飽和カルボン酸;
エチレン、プロピレン、ノルボルネン、テトラフルオロエチレン、塩化ビニル、エチレン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ビニルピロリドン等、
が挙げられる。これらの単量体は、本発明の効果を大きく損なわない範囲内で、必要に応じて1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。通常、これらの単量体に由来する構成単位の比率は、20モル%以下が好ましい。
In addition, as other copolymerizable monomers, for example, the hydrogen atom of the carboxy group of (meth) acrylic acid is methyl, ethyl, 2-ethylhexyl, n-propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t-butyl, adamantyl, methoxymethyl, n-propoxyethyl, i-propoxyethyl, n-butoxyethyl, i-butoxyethyl, t-butoxyethyl, 2-ethoxyethyl, 1-ethoxyethyl, 2,2,2- (Meth) acrylic acid derivatives substituted with functional groups such as trifluoroethyl, 2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl, 2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl;
The hydrogen atom of the carboxy group of α- (tri) fluoromethylacrylic acid is methyl, ethyl, 2-ethylhexyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, t-butyl, methoxymethyl, ethoxyethyl An α- (tri) fluoromethylacrylic acid derivative having a linear or branched structure, such as n-propoxyethyl, i-propoxyethyl, n-butoxyethyl, i-butoxyethyl, t-butoxyethyl;
Aromatic alkenyl compounds such as styrene, α-methylstyrene and vinyltoluene;
Unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, maleic acid, itaconic acid;
Ethylene, propylene, norbornene, tetrafluoroethylene, vinyl chloride, ethylene, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, vinylpyrrolidone, etc.
Is mentioned. These monomers can be used singly or in combination of two or more, if necessary, within a range that does not significantly impair the effects of the present invention. Usually, the proportion of structural units derived from these monomers is preferably 20 mol% or less.

本発明の重合体においては、酸脱離性基を有する構成単位を含有する場合、上記式(1)〜(3)で表される構成単位の比率は合計で、下限は10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましい。上限は70モル%以下であり、60モル%以下がより好ましい。酸脱離性基を有する構成単位の比率は合計で、下限は30モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましい。上限は70モル%以下であり、60モル%以下がより好ましい。   In the polymer of the present invention, when the structural unit having an acid leaving group is contained, the ratio of the structural units represented by the above formulas (1) to (3) is the sum, and the lower limit is 10 mol% or more. Preferably, 20 mol% or more is more preferable. An upper limit is 70 mol% or less, and 60 mol% or less is more preferable. The ratio of the structural units having an acid leaving group is the total, and the lower limit is preferably 30 mol% or more, more preferably 40 mol% or more. An upper limit is 70 mol% or less, and 60 mol% or less is more preferable.

本発明の重合体においては、酸脱離性基および極性基を有する構成単位を含有する場合、上記式(1)〜(3)で表される構成単位の比率は合計で、下限は10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、上限は65モル%以下が好ましく、55モル%以下がより好ましい。酸脱離性基を有する構成単位の比率は合計で、下限は30モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、上限は65モル%以下が好ましく、60モル%以下がより好ましい。極性基を有する構成単位は合計で、下限は1モル%以上が好ましく、5モル%以上がより好ましく、上限は30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましい。   In the polymer of the present invention, when the structural unit having an acid leaving group and a polar group is contained, the ratio of the structural units represented by the above formulas (1) to (3) is the total, and the lower limit is 10 mol. % Or more, more preferably 20 mol% or more, and the upper limit is preferably 65 mol% or less, more preferably 55 mol% or less. The total ratio of the structural units having an acid leaving group is preferably 30 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, and the upper limit is preferably 65 mol% or less, more preferably 60 mol% or less. The total number of structural units having polar groups is preferably 1 mol% or more, more preferably 5 mol% or more, and the upper limit is preferably 30 mol% or less, more preferably 20 mol% or less.

本発明の重合体の例としては、前記単量体と下記式(D)〜(K)

Figure 2005060638
Examples of the polymer of the present invention include the monomer and the following formulas (D) to (K):
Figure 2005060638

で表される単量体から選ばれる1種または2種以上を共重合させたものが挙げられる。使用する単量体において、アクリル酸誘導体とメタクリル酸誘導体とは区別なく使用することが出来る。

Figure 2005060638
And those obtained by copolymerizing one or more selected from the monomers represented by formula (1). In the monomer to be used, an acrylic acid derivative and a methacrylic acid derivative can be used without distinction.
Figure 2005060638

以上の重合体は、レジスト組成物材料、特に化学増幅型レジスト組成物材料に好適である。   The above polymers are suitable for resist composition materials, particularly chemically amplified resist composition materials.

本発明の重合体に用いる原料単量体は、リソグラフィーに使用される光源によって任意に選択される。   The raw material monomer used in the polymer of the present invention is arbitrarily selected depending on the light source used for lithography.

例えば、KrFエキシマレーザーや電子線を光源とする場合は、エッチング耐性を考慮して、前記式(4)で表される単量体とp−ヒドロキシスチレンあるいはその誘導体を重合した重合体が好適に用いられる。この場合、重合体中の前記式(4)由来の構成単位の比率は、5モル%以上であることが好ましく、また、60モル%以下であることが好ましい。   For example, when a KrF excimer laser or an electron beam is used as a light source, a polymer obtained by polymerizing the monomer represented by the formula (4) and p-hydroxystyrene or a derivative thereof is preferable in consideration of etching resistance. Used. In this case, the proportion of the structural unit derived from the formula (4) in the polymer is preferably 5 mol% or more, and preferably 60 mol% or less.

本発明の重合体を、ArFエキシマレーザーを光源とした化学増幅型レジストとして用いる場合は、前記式(1)〜(3)で表される構成単位と酸脱離性を有する構成単位を含む重合体が好適である。このような重合体は、高感度、高解像度、感度、解像度および基板密着性、現像液への濡れ性といったレジスト性能を損なうことなく、ドライエッチング耐性を向上させることが可能になる。   When the polymer of the present invention is used as a chemically amplified resist using an ArF excimer laser as a light source, the polymer containing a structural unit represented by the above formulas (1) to (3) and a structural unit having acid detachability is included. Coalescence is preferred. Such a polymer can improve dry etching resistance without impairing resist performance such as high sensitivity, high resolution, sensitivity, resolution and substrate adhesion, and wettability to a developing solution.

本発明の重合体の質量平均分子量は特に限定されないが、下限は1,000以上であることが好ましく、2,000以上であることがより好ましく、4,000以上であることがさらに好ましい。また、上限は100,000以下であることが好ましく、50,000以下であることがより好ましく、30,000以下であることがさらに好ましい。質量平均分子量がこれより大きいと、レジスト溶液に対する溶解性が低下して解像度が低下する。質量平均分子量がこれより小さいと、ドライエッチング耐性が低下してレジスト形状が悪化する傾向がある。   The mass average molecular weight of the polymer of the present invention is not particularly limited, but the lower limit is preferably 1,000 or more, more preferably 2,000 or more, and further preferably 4,000 or more. The upper limit is preferably 100,000 or less, more preferably 50,000 or less, and even more preferably 30,000 or less. If the mass average molecular weight is larger than this, the solubility in the resist solution is lowered and the resolution is lowered. If the mass average molecular weight is smaller than this, the dry etching resistance tends to decrease and the resist shape tends to deteriorate.

本発明の重合体を製造する方法は特に限定されないが、一般に溶液重合で行われ、単量体を重合容器中に滴下する滴下重合と呼ばれる重合方法が好ましい。   The method for producing the polymer of the present invention is not particularly limited, but a polymerization method called drop polymerization, which is generally performed by solution polymerization and a monomer is dropped into a polymerization vessel, is preferable.

中でも、組成分布および分子量分布の狭い重合体が簡便に得られる点から、単量体(単量体のみであっても、単量体を有機溶媒に溶解させた溶液であってもよい)を重合容器中に滴下しながら重合を行う滴下重合と呼ばれる重合方法により本発明の重合体を製造することが好ましい。   Among them, from the viewpoint that a polymer having a narrow composition distribution and molecular weight distribution can be easily obtained, a monomer (a monomer alone or a solution obtained by dissolving a monomer in an organic solvent) may be used. It is preferable to produce the polymer of the present invention by a polymerization method called dropping polymerization in which polymerization is performed while dropping in a polymerization vessel.

滴下重合法においては、例えば、有機溶媒をあらかじめ重合容器に仕込み、所定の重合温度まで加熱した後、単量体および重合開始剤、必要に応じて連鎖移動剤を有機溶媒に溶解させた単量体溶液を、重合容器内の有機溶媒中に滴下する。単量体は有機溶媒に溶解させずに滴下してもよく、その場合、重合開始剤と必要に応じて連鎖移動剤とを単量体に溶解させた溶液を有機溶媒中に滴下する。また、有機溶媒をあらかじめ重合容器内に仕込まずに単量体を重合容器中に滴下してもよい。また、単量体、重合開始剤、連鎖移動剤はそれぞれ単独または任意の組み合わせで滴下できる。滴下重合法における重合温度は、特に限定されないが、50〜150℃の範囲内であることが好ましい。   In the dropping polymerization method, for example, an organic solvent is previously charged in a polymerization vessel, heated to a predetermined polymerization temperature, and then a monomer, a polymerization initiator, and a chain transfer agent dissolved in an organic solvent as required. The body solution is dropped into the organic solvent in the polymerization vessel. The monomer may be dropped without being dissolved in the organic solvent. In that case, a solution in which the polymerization initiator and, if necessary, the chain transfer agent are dissolved in the monomer is dropped into the organic solvent. Further, the monomer may be dropped into the polymerization vessel without previously charging the organic solvent into the polymerization vessel. Moreover, a monomer, a polymerization initiator, and a chain transfer agent can each be dripped individually or in arbitrary combinations. The polymerization temperature in the dropping polymerization method is not particularly limited, but is preferably in the range of 50 to 150 ° C.

本発明の重合体の製造に用いられる有機溶媒としては特に限定されないが、単量体、重合開始剤および得られる重合体、さらに連鎖移動剤を使用する場合はその連鎖移動剤のいずれも溶解できる溶媒が好ましく、例えば、1,4−ジオキサン、イソプロピルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン(以下「THF」とも言う。)、乳酸エチル等が挙げられる。なお、有機溶媒の使用量は特に限定されず、適宜決めればよい。   Although it does not specifically limit as an organic solvent used for manufacture of the polymer of this invention, When using a monomer, a polymerization initiator, the obtained polymer, and also a chain transfer agent, all the chain transfer agents can be dissolved. A solvent is preferable, and examples thereof include 1,4-dioxane, isopropyl alcohol, acetone, tetrahydrofuran (hereinafter also referred to as “THF”), ethyl lactate, and the like. In addition, the usage-amount of an organic solvent is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably.

本発明の重合体の製造に用いられる重合開始剤としては特に限定されないが、例えば、アゾビスイソブチロニトリル(以下、AIBNともいう)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物等が挙げられる。また、n−ブチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、2−メルカプトエタノール等のメルカプタン類を連鎖移動剤として用いてもよい。なお、重合開始剤および連鎖移動剤の使用量は特に限定されず、適宜決めればよい。   The polymerization initiator used in the production of the polymer of the present invention is not particularly limited. For example, azobisisobutyronitrile (hereinafter also referred to as AIBN), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) ) And other organic peroxides such as benzoyl peroxide. Further, mercaptans such as n-butyl mercaptan, n-octyl mercaptan and 2-mercaptoethanol may be used as a chain transfer agent. In addition, the usage-amount of a polymerization initiator and a chain transfer agent is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably.

次に、本発明のレジスト用共重合体の使用方法の一例について説明する。   Next, an example of a method for using the resist copolymer of the present invention will be described.

溶液重合等の方法で製造されたレジスト用共重合体溶液は、そのまま、あるいは、1,4−ジオキサン、アセトン、THF、メチルイソブチルケトン、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、PGMEAと略すことがある)、乳酸エチル等の良溶媒にて適当な溶液粘度に希釈した後、メタノール、水等の多量の貧溶媒中に滴下してレジスト用共重合体を析出させる。この工程は一般に「再沈殿」と呼ばれ、場合により不要となることがあるが、重合溶液中に残存する未反応の単量体、あるいは重合開始剤等を取り除くために非常に有効である。これらの未反応物は、そのまま残存しているとレジスト性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、できるだけ取り除くことが好ましい。   The resist copolymer solution produced by a method such as solution polymerization is used as it is or 1,4-dioxane, acetone, THF, methyl isobutyl ketone, γ-butyrolactone, propylene glycol monomethyl ether acetate (hereinafter abbreviated as PGMEA). In some cases, after diluting to a suitable solution viscosity with a good solvent such as ethyl lactate, the solution is dropped into a large amount of poor solvent such as methanol or water to precipitate a resist copolymer. This step is generally called “reprecipitation” and may be unnecessary in some cases, but is very effective for removing unreacted monomers remaining in the polymerization solution, polymerization initiators, and the like. If these unreacted substances remain as they are, there is a possibility of adversely affecting the resist performance. Therefore, it is preferable to remove them as much as possible.

その後、その析出物を濾別し十分に乾燥することによって、本発明のレジスト用共重合体を得ることができる。また、濾別した後、乾燥せずに湿粉のまま使用することも出来る。また、製造された共重合体溶液はそのまま、または適当な溶媒で希釈してレジスト組成物として使うこともできる。その際、保存安定剤などの添加剤を適宜添加してもよい。   Then, the resist copolymer of the present invention can be obtained by filtering the precipitate and drying it sufficiently. Moreover, after filtering off, it can also be used with a moist powder without drying. Further, the produced copolymer solution can be used as a resist composition as it is or after being diluted with an appropriate solvent. At that time, additives such as a storage stabilizer may be appropriately added.

本発明のレジスト組成物は、上記のような本発明のレジスト用重合体を溶媒に溶解したものである。また、本発明の化学増幅型レジスト組成物は、上記のような本発明のレジスト用重合体および光酸発生剤を溶媒に溶解したものである。本発明のレジスト用重合体は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。なお、溶液重合等によって得られた重合体溶液から重合体を分離することなく、この重合体溶液をそのままレジスト組成物に使用すること、あるいは、この重合体溶液を適当な溶媒で希釈してレジスト組成物に使用することもできる。   The resist composition of the present invention is obtained by dissolving the resist polymer of the present invention as described above in a solvent. The chemically amplified resist composition of the present invention is obtained by dissolving the resist polymer of the present invention and a photoacid generator as described above in a solvent. The resist polymer of the present invention may be used alone or in combination of two or more. In addition, without separating the polymer from the polymer solution obtained by solution polymerization or the like, this polymer solution can be used as it is in the resist composition, or the polymer solution can be diluted with an appropriate solvent to form a resist. It can also be used in a composition.

本発明のレジスト組成物における、本発明の重合体の含有量は、下限はレジスト性能が優れる点で1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。また、上限は粘性の低い点で、80質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましい。   The lower limit of the content of the polymer of the present invention in the resist composition of the present invention is preferably 1% by mass or more and more preferably 5% by mass or more in terms of excellent resist performance. Moreover, an upper limit is a point with low viscosity, 80 mass% or less is preferable and 50 mass% or less is more preferable.

本発明のレジスト組成物を化学増幅型レジストに使用する場合は光酸発生剤を用いることが必要である。ここで、光酸発生剤とは、活性光線または放射線の照射により酸を発生する化合物である。光酸発生剤は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。   When the resist composition of the present invention is used for a chemically amplified resist, it is necessary to use a photoacid generator. Here, the photoacid generator is a compound that generates an acid upon irradiation with actinic rays or radiation. A photo-acid generator may use 1 type or may use 2 or more types together.

このような光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、スルホン化合物、スルホン酸エステル化合物、キノンジアジド化合物、ジアゾメタン化合物等が挙げられる。中でも、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ピリジニウム塩等のオニウム塩化合物を用いることが好ましい。具体的には、トリフェニルスルホニウムトリフレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、(ヒドロキシフェニル)ベンジルメチルスルホニウムトルエンスルホネート、ジフェニルヨードニウムトリフレート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート等が挙げられる。   Examples of such a photoacid generator include onium salt compounds, sulfonimide compounds, sulfone compounds, sulfonic acid ester compounds, quinonediazide compounds, diazomethane compounds, and the like. Among them, it is preferable to use an onium salt compound such as a sulfonium salt, an iodonium salt, a phosphonium salt, a diazonium salt, or a pyridinium salt. Specifically, triphenylsulfonium triflate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium naphthalenesulfonate, (hydroxyphenyl) benzylmethylsulfonium toluenesulfonate, diphenyliodonium triflate, diphenyliodonium pyrenesulfonate, diphenyliodonium dodecylbenzenesulfonate And diphenyliodonium hexafluoroantimonate.

光酸発生剤の含有量は、用いる光酸発生剤の種類等により適宜決められるが、本発明の重合体100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、露光により発生した酸の触媒作用による化学反応を十分に生起させることができる。また、光酸発生剤の含有量は、本発明の重合体100質量部に対して20質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましい。光酸発生剤の含有量をこの範囲にすることにより、レジスト組成物の安定性が向上し、組成物を塗布する際の塗布むらや現像時のスカム等の発生が少なくなる。光酸発生剤は必要に応じ1種または2種以上が選ばれる。 The content of the photoacid generator is appropriately determined depending on the type of the photoacid generator used and the like, but is preferably 0.1 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the polymer of the present invention, 0.5 More preferably, it is at least part by mass. By setting the content of the photoacid generator within this range, a chemical reaction due to the catalytic action of the acid generated by exposure can be sufficiently caused. Moreover, it is preferable that it is 20 mass parts or less with respect to 100 mass parts of polymers of this invention, and, as for content of a photo-acid generator, it is more preferable that it is 10 mass parts or less. By setting the content of the photoacid generator within this range, the stability of the resist composition is improved, and the occurrence of uneven coating during application of the composition and scum during development is reduced. One or more photoacid generators are selected as necessary.

本発明のレジスト組成物に用いる溶媒は目的に応じて任意に選択されるが、溶媒の選択は樹脂の溶解性以外の理由、例えば、塗膜の均一性、外観あるいは安全性等からも制約を受けることがある。   The solvent used in the resist composition of the present invention is arbitrarily selected according to the purpose, but the choice of the solvent is limited due to reasons other than the solubility of the resin, such as uniformity of the coating film, appearance, or safety. I may receive it.

本発明において通常使用される溶媒としては、メチルエチルケトン、2−ペンタノン、2−ヘキサノン等の直鎖状ケトン類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等の環状ケトン類、PGMEA等のプロピレングリコールモノアルキルアセテート類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、等のエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールモノメチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のジエチレングリコールアルキルエーテル類、酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類、n−プロピルアルコ−ル、イソプロピルアルコ−ル、n−ブチルアルコ−ル、tert−ブチルアルコ−ル、シクロヘキサノール、1−オクタノール等のアルコール類、1,4−ジオキサン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶媒は、1種を用いても、2種以上を併用してもよい。   Solvents usually used in the present invention include linear ketones such as methyl ethyl ketone, 2-pentanone and 2-hexanone, cyclic ketones such as cyclopentanone and cyclohexanone, propylene glycol monoalkyl acetates such as PGMEA, ethylene Ethylene glycol monoalkyl ether acetates such as glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoalkyl ethers such as propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol alkyl ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, Esters such as ethyl acetate and ethyl lactate, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, n- Chiruaruko - le, tert- butyl alcohol - le, cyclohexanol, alcohols such as 1-octanol, 1,4-dioxane, ethylene carbonate, .gamma.-butyrolactone. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

溶媒の使用量は、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して200質量部以上であり、300質量部以上であることがより好ましい。また、溶媒の使用量は、通常、レジスト用重合体(本発明の重合体)100質量部に対して5000質量部以下であり、2000質量部以下であることがより好ましい。   The amount of the solvent used is usually 200 parts by mass or more and more preferably 300 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the resist polymer (the polymer of the present invention). Moreover, the usage-amount of a solvent is 5000 mass parts or less normally with respect to 100 mass parts of resist polymers (polymer of this invention), and it is more preferable that it is 2000 mass parts or less.

さらに、本発明のレジスト組成物には、必要に応じて、界面活性剤、クエンチャー、増感剤、ハレーション防止剤、保存安定剤、消泡剤等の各種添加剤を配合することもできる。これらの添加剤は、当該分野で既知のものであればいずれも使用可能である。また、これらの添加剤の配合量は特に限定されず、適宜決めればよい。   Furthermore, various additives such as surfactants, quenchers, sensitizers, antihalation agents, storage stabilizers, antifoaming agents, and the like can be blended with the resist composition of the present invention as necessary. Any of these additives can be used as long as it is known in the art. Moreover, the compounding quantity of these additives is not specifically limited, What is necessary is just to determine suitably.

次に、本発明のパターン形成方法の一例について説明する。   Next, an example of the pattern forming method of the present invention will be described.

最初に、パターンを形成するシリコンウエハー等の被加工基板の表面に、本発明の化学増幅型レジスト組成物をスピンコート等により塗布する。そして、この化学増幅型レジスト組成物が塗布された被加工基板は、ベーキング処理(プリベーク)等で乾燥し、被加工基板上にレジスト膜を形成する。   First, the chemically amplified resist composition of the present invention is applied to the surface of a substrate to be processed such as a silicon wafer on which a pattern is formed by spin coating or the like. Then, the substrate to be processed coated with the chemically amplified resist composition is dried by baking (pre-baking) or the like, and a resist film is formed on the substrate to be processed.

次いで、このようにして得られたレジスト膜に、フォトマスクを介して、250nm以下の波長の光または電子線を照射する(露光)。露光に用いる光は、KrFエキシマレーザーまたはArFエキシマレーザーであることが好ましく、特にArFエキシマレーザーであることが好ましい。   Next, the resist film thus obtained is irradiated with light or an electron beam having a wavelength of 250 nm or less through a photomask (exposure). The light used for exposure is preferably a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, and particularly preferably an ArF excimer laser.

光照射(露光)後、適宜ベーキング処理(PEB)し、基板をアルカリ現像液に浸漬し、露光部分を現像液に溶解除去する(現像)。アルカリ現像液は公知のものいずれを用いてもよい。そして、現像後、基板を純水等で適宜リンス処理する。このようにして被加工基板上にレジストパターンが形成される。   After light irradiation (exposure), baking treatment (PEB) is appropriately performed, the substrate is immersed in an alkaline developer, and the exposed portion is dissolved and removed in the developer (development). Any known alkaline developer may be used. Then, after development, the substrate is appropriately rinsed with pure water or the like. In this way, a resist pattern is formed on the substrate to be processed.

通常、レジストパターンが形成された被加工基板は、適宜ベーキング処理(ポストベーク)してレジストを強化し、レジストのない部分を選択的にエッチングする。エッチングを行った後、レジストは、通常、剥離剤を用いて除去される。   Usually, a substrate to be processed on which a resist pattern is formed is appropriately baked (post-baked) to strengthen the resist and selectively etch a portion without the resist. After etching, the resist is usually removed using a release agent.

以下、本発明を実施例によって詳しく説明するが、本発明はこれらの記載に限定されるものではない。ここで、各実施例、比較例中「部」とあるのは、特に断りがない限り、「質量部」を意味する。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these description. Here, “part” in each example and comparative example means “part by mass” unless otherwise specified.

また、重合体の物性測定およびレジストの評価は以下の方法で行った。   The physical properties of the polymer and the resist were evaluated by the following methods.

<質量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)>
ゲル・パーミエイション・クロマトグラフィー(以下GPCという。)により、ポリスチレン換算で求めた。溶媒には、クロロホルムあるいはTHFを使用した。
<Mass average molecular weight (Mw), dispersity (Mw / Mn)>
It calculated | required in polystyrene conversion with the gel permeation chromatography (henceforth GPC). As the solvent, chloroform or THF was used.

<平均共重合組成(モル%)>
1H−NMR、13C−NMRの測定により求めた。溶媒には、重クロロホルムあるいは重ジメチルスルホキシドを使用した。
<Average copolymer composition (mol%)>
It calculated | required by the measurement of < 1 > H-NMR and < 13 > C-NMR. As the solvent, deuterated chloroform or deuterated dimethyl sulfoxide was used.

<レジスト溶媒への溶解性>
各重合体を、それぞれ、固形分濃度:20質量%になるように、所定量のレジスト溶媒(PGMEA)に室温で攪拌しながら溶解させ、完全に溶解するまでの時間を測定した。その結果を表2および表3に示す。
<Solubility in resist solvent>
Each polymer was dissolved in a predetermined amount of resist solvent (PGMEA) with stirring at room temperature so that the solid content concentration was 20% by mass, and the time until complete dissolution was measured. The results are shown in Tables 2 and 3.

表中の記号の意味は、下記の通りである。   The meanings of the symbols in the table are as follows.

◎:重合体が完全に溶解するまでの時間が1時間未満
○:重合体が完全に溶解するまでの時間が1時間以上6時間未満
△:重合体が完全に溶解するまでの時間が6時間以上24時間未満
×:重合体が完全に溶解するまでの時間が24時間以上、または、不溶
<レジスト組成物およびレジスト膜の調整>
共重合体100部と、トリフェニルスルホニウムトリフレート2部、PGMEA630部とγ−ブチロラクトン70部を混合して均一溶液とした後、テフロン(登録商標)フィルターを用いて濾過し、レジスト組成物溶液を調製した。シリコンウエハー上にレジスト組成物溶液をスピンコートし、ホットプレートを用いて、120℃、60秒間プリベークを行い、膜厚400nmの薄膜を形成した。 <感度>
得られたレジスト膜を、193nm光照射装置(ニコン製SP193)を用いて露光した後、直ちに120℃、60秒間露光後ベークを行った。次いで、2.38質量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて室温で60秒間現像し、純粋で水洗し、乾燥した。
◎: Time until the polymer is completely dissolved is less than 1 hour ○: Time until the polymer is completely dissolved is 1 hour or more and less than 6 hours Δ: Time until the polymer is completely dissolved is 6 hours Or more and less than 24 hours x: time until the polymer is completely dissolved is 24 hours or more, or insoluble <Preparation of Resist Composition and Resist Film>
100 parts of a copolymer, 2 parts of triphenylsulfonium triflate, 630 parts of PGMEA, and 70 parts of γ-butyrolactone were mixed to form a uniform solution, and then filtered using a Teflon (registered trademark) filter to obtain a resist composition solution. Prepared. A resist composition solution was spin-coated on a silicon wafer and pre-baked at 120 ° C. for 60 seconds using a hot plate to form a thin film having a thickness of 400 nm. <Sensitivity>
The resulting resist film was exposed using a 193 nm light irradiation apparatus (SP193 manufactured by Nikon), and immediately post-exposure baked at 120 ° C. for 60 seconds. Subsequently, it was developed for 60 seconds at room temperature using a 2.38 mass% aqueous tetramethylammonium hydroxide solution, washed with pure water and dried.

レジスト膜が完全に溶解し、シリコンウエハー表面が露出する最低露光量を感度とした。   Sensitivity was defined as the minimum exposure amount at which the resist film was completely dissolved and the silicon wafer surface was exposed.

<エッチング速度>
膜厚400nmのレジスト膜が塗布されたシリコンウエハーを、昭和真空(株)製SPE−220T型ドライエッチング装置にてドライエッチング処理した。ガスはCF/O混合ガスとし、処理時間を2分間とした。ドライエッチング処理前後のレジスト膜の膜厚を、大日本スクリーン製造(株)製ラムダエースVM−8000J型光干渉式膜厚測定装置を用いて測定し、単位時間あたりの膜厚減少量をレジストのエッチング速度とした。なお、エッチング速度はノボラック樹脂のエッチング速度を1として規格化した。
<Etching rate>
A silicon wafer coated with a resist film having a thickness of 400 nm was subjected to a dry etching process using an SPE-220T type dry etching apparatus manufactured by Showa Vacuum Co., Ltd. The gas was a CF 4 / O 2 mixed gas, and the treatment time was 2 minutes. The film thickness of the resist film before and after the dry etching process was measured using a Lambda Ace VM-8000J type optical interference type film thickness measuring device manufactured by Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. The etching rate was used. The etching rate was normalized with the novolac resin etching rate set to 1.

このエッチング速度が小さいほどドライエッチング耐性が優れる。   The smaller the etching rate, the better the dry etching resistance.

[合成例1] 下記の式(46)で示される重合体P−1の合成

Figure 2005060638
[Synthesis Example 1] Synthesis of polymer P-1 represented by the following formula (46)
Figure 2005060638

窒素導入口、攪拌機、コンデンサーおよび温度計をつけたセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下で乳酸エチル24.0部を入れ、攪拌しながら湯浴の温度を70℃に上げた。前記式(8')および(9')の混合物を14.0部、2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン(以下、MAdMAという。)11.0部、THF24.0部、AIBN0.98部を混合した単量体溶液を一定速度で6時間かけてフラスコ中に滴下し、その後、70℃で2時間保持した。次いで、得られた反応溶液をメタノール800部に攪拌しながら滴下し、白色の析出物の沈殿を得た。沈殿を濾別し、減圧下60℃で約10時間乾燥した。沈殿をTHF45部に溶解させ、メタノール800部に攪拌しながら滴下し、得られた沈殿を濾別し、減圧下60℃で約40時間乾燥した。 A separable flask equipped with a nitrogen inlet, a stirrer, a condenser and a thermometer was charged with 24.0 parts of ethyl lactate under a nitrogen atmosphere, and the temperature of the hot water bath was raised to 70 ° C. while stirring. 14.0 parts of the mixture of the formulas (8 ′) and (9 ′), 11.0 parts of 2-methacryloyloxy-2-methyladamantane (hereinafter referred to as MAdMA), 24.0 parts of THF, and 0.98 parts of AIBN The mixed monomer solution was dropped into the flask at a constant rate over 6 hours, and then kept at 70 ° C. for 2 hours. Next, the obtained reaction solution was added dropwise to 800 parts of methanol with stirring to obtain a white precipitate. The precipitate was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. for about 10 hours. The precipitate was dissolved in 45 parts of THF and added dropwise to 800 parts of methanol while stirring. The resulting precipitate was filtered off and dried at 60 ° C. under reduced pressure for about 40 hours.

各物性を測定したところ、GPC分析による質量平均分子量(以下Mwという。)は12400、分散度(以下、Mw/Mnという。)は1.68で、共重合比は1H−NMRの積分比から上記式(8')および(9')の混合物:MAdMA=50:50であった。 When each physical property was measured, the mass average molecular weight (hereinafter referred to as Mw) by GPC analysis was 12400, the dispersity (hereinafter referred to as Mw / Mn) was 1.68, and the copolymerization ratio was an integral ratio of 1 H-NMR. To a mixture of the above formulas (8 ′) and (9 ′): MAdMA = 50: 50.

[合成例2〜9](重合体P−2〜P−9の合成)
合成例1と同様の方法で重合体P−2〜P−9を得た。得られた重合体の平均共重合組成、質量平均分子量Mw、分散度Mw/Mnを表2に示す。

Figure 2005060638
Figure 2005060638
Figure 2005060638
MAdMA:2−メタクリロイルオキシ−2−メチルアダマンタン
Figure 2005060638
EAdMA:2−メタクリロイルオキシ−2−エチルアダマンタン
Figure 2005060638
IAdMA:1−メタクリロイルオキシイソプロピルアダマンタン
Figure 2005060638
HAdMA:1−メタクリロイルオキシ−3−ヒドロキシアダマンタン
Figure 2005060638
OTDMA:8−または9−メタクリロイルオキシ−4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−3−オン
[実施例1〜7、比較例1〜2]
合成例1〜9でそれぞれ得られた重合体P−1〜P−9を用いて調製したレジスト組成物の感度およびエッチング速度を測定して表3に示した。
Figure 2005060638
[Synthesis Examples 2-9] (Synthesis of Polymers P-2 to P-9)
Polymers P-2 to P-9 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 1. Table 2 shows the average copolymer composition, mass average molecular weight Mw, and degree of dispersion Mw / Mn of the obtained polymer.
Figure 2005060638
Figure 2005060638
Figure 2005060638
MAdMA: 2-methacryloyloxy-2-methyladamantane
Figure 2005060638
EAdMA: 2-methacryloyloxy-2-ethyladamantane
Figure 2005060638
IAdMA: 1-methacryloyloxyisopropyl adamantane
Figure 2005060638
HAdMA: 1-methacryloyloxy-3-hydroxyadamantane
Figure 2005060638
OTDMA: 8- or 9-methacryloyloxy-4-oxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decan-3-one
[Examples 1-7, Comparative Examples 1-2]
The sensitivity and the etching rate of the resist compositions prepared using the polymers P-1 to P-9 obtained in Synthesis Examples 1 to 9, respectively, were measured and shown in Table 3.
Figure 2005060638

このように本発明の重合体を用いた化学増幅型レジスト組成物は、十分な感度および優れたドライエッチング耐性を有している上に、有機溶媒への溶解性に優れていた。   As described above, the chemically amplified resist composition using the polymer of the present invention has sufficient sensitivity and excellent dry etching resistance, and also has excellent solubility in an organic solvent.

Claims (11)

下記式(1)
Figure 2005060638
(式(1)中、nは0〜3の整数を示し、Rは水素原子またはメチル基を示し、Rは炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基を示し、R、Rはそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐アルキル基を示すか、RとRとで炭素数1〜6のアルキレン鎖、−O−、−S−、または−NH−を形成する。X、Xは直接結合または炭素数1〜3のアルキレン鎖を示し、Yは酸素原子、C(O)、O−C(O)またはC(O)−Oを示す。また、前記シクロヘキシル環、前記アルキル基、前記アルキレン基、X、Xはそれぞれ独立に炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、アミノ基、シアノ基を有していてもよい。)
で表される構成単位を含有する重合体。
Following formula (1)
Figure 2005060638
(In the formula (1), n represents an integer of 0 to 3, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 3 , R 4 each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an alkylene chain having 1 to 6 carbon atoms represented by R 3 and R 4 , —O—, —S—, or — NH 1 is formed, X 1 and X 2 represent a direct bond or an alkylene chain having 1 to 3 carbon atoms, and Y 1 represents an oxygen atom, C (O), O—C (O) or C (O) —O. In addition, the cyclohexyl ring, the alkyl group, the alkylene group, X 1 and X 2 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a carboxy group, and 1 to 6 carbon atoms. Carboxyl group, amino group, cyano esterified with alcohol It may have.)
The polymer containing the structural unit represented by these.
下記式(2)
Figure 2005060638
(式(2)中、R〜Rは、X、X、Yは式(1)と同義である。R〜Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、アミノ基またはシアノ基を示す。また、前記炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐アルキル基はヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数1〜6のアルコールとエステル化されたカルボキシ基、炭素数1〜6のアルコキシ基、アミノ基またはシアノ基を有していてもよい。)
で表される構成単位を含有する重合体。
Following formula (2)
Figure 2005060638
(In the formula (2), R 1 ~R 4 is, X 1, X 2, Y 1 is as defined for formula (1) .R 5 ~R 8 each independently represent a hydrogen atom and a A linear or branched alkyl group, a hydroxy group, a carboxy group, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, an amino group or a cyano group, and the linear or branched alkyl having 1 to 6 carbon atoms. The group may have a hydroxy group, a carboxy group, a carboxy group esterified with an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an amino group, or a cyano group.)
The polymer containing the structural unit represented by these.
下記式(3)
Figure 2005060638
(式(3)中、R、X、X、Yは式(1)と同義であり、R〜R8は式(2)と同義である。Zは、炭素数1〜3のメチレン鎖または酸素原子を示す。)
で表される構成単位を含有する重合体。



Following formula (3)
Figure 2005060638
(In the formula (3), R 1, X 1, X 2, Y 1 is as defined for formula (1), R 5 ~R 8 are as defined in the formula (2) .Z is 1 to carbon atoms 3 methylene chains or oxygen atoms.)
The polymer containing the structural unit represented by these.



さらに酸脱離性基を有する構成単位を含む請求項1〜3いずれかに記載の重合体。   Furthermore, the polymer in any one of Claims 1-3 containing the structural unit which has an acid leaving group. 質量平均分子量が1,000〜100,000である請求項1〜4のいずれかに記載の重合体。   The polymer according to any one of claims 1 to 4, which has a mass average molecular weight of 1,000 to 100,000. 単量体を重合容器中に滴下しながら重合を行う請求項1〜5のいずれか一項記載の重合体の製造方法。   The method for producing a polymer according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymerization is performed while dropping the monomer into the polymerization vessel. 請求項1〜5のいずれかに記載の重合体を含有することを特徴とするレジスト組成物。   A resist composition comprising the polymer according to claim 1. 光酸発生剤を含有することを特徴とする請求項7記載のレジスト組成物。   The resist composition according to claim 7, further comprising a photoacid generator. 請求項7または8いずれかに記載のレジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程と、250nm以下の波長の光で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程とを含むパターン形成方法。   A pattern forming method comprising: a step of applying the resist composition according to claim 7 on a substrate to be processed; a step of exposing with light having a wavelength of 250 nm or less; and a step of developing using a developer. . 露光に用いる光が、ArFエキシマレーザーであることを特徴とする請求項9に記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 9, wherein the light used for exposure is an ArF excimer laser. 請求項7または8いずれかに記載のレジスト組成物を被加工基板上に塗布する工程と、電子線で露光する工程と、現像液を用いて現像する工程する工程とを含むパターン形成方法。   A pattern forming method comprising a step of applying the resist composition according to claim 7 or 8 onto a substrate to be processed, a step of exposing with an electron beam, and a step of developing using a developer.
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