JP2005070742A - Positive resist composition and method for forming resist pattern - Google Patents

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武 岩井
Satoshi Fujimura
悟史 藤村
Hiroaki Shimizu
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive resist composition having solubility contrast sufficient for practical use and suppressing pattern collapse, and to provide a method for forming a pattern. <P>SOLUTION: The positive resist composition contains: (A1) a resin component which contains a star branched polymer having polymer chains extending in three or more directions from a lower alkyl molecule, and which shows the solubility with an alkali increased by the effect of an acid, or (A2) a resin component which contains a star branched polymer obtained by polymerization of monomers containing a (meth)acrylic acid ester in the presence of a polyfunctional chain transfer agent having three or more functional groups and which shows the solubility with an alkali increased by the effect of an acid; (B) an acid generating component which generates an acid by exposure; and (C) an organic solvent. The method for forming a resist pattern is carried out by forming a layer comprising the above positive resist composition on a substrate, preliminarily baking the layer, selectively exposing, heating after exposure and developing with an alkali. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はポジ型レジスト組成物に関する。   The present invention relates to a positive resist composition.

最近は、半導体素子の微細化はますます進み、例えば、ArFエキシマレーザー(193nm)を用いたプロセスの開発が精力的に進められている。
ArFエキシマレーザーを光源とするプロセスでは、ポリヒドロキシスチレンのようなベンゼン環を有する樹脂はArFエキシマレーザー(193nm)に対する透明性が不充分である。
このような欠点を解決するためにベンゼン環を有さず、その代りに、例えばアダマンタン環を含む(メタ)アクリル酸エステルから誘導される単位を主鎖に有する樹脂を用いた化学増幅型レジストが注目されるようになっている。
化学増幅型レジストの反応機構は、レジスト中に配合した酸発生剤に光を照射して酸が発生させる。一方、レジスト用樹脂に、発生した酸により脱離する保護基をつけておくことにより、露光部のみ保護基が脱離して現像液への溶解性を大きく変化させるものである。
このような化学増幅型レジストとしては、これまでに多数の提案がなされている(特許第2881969号公報、特開平5−346668号公報、特開平7−234511号公報、特開平9−73173号公報、特開平9−90637号公報、特開平10−161313号公報、特開平10−319595号公報及び特開平11−12326号公報、特開2001−002735号公報など)。
これらに記載のレジスト用樹脂は、いずれも線状ポリマーの例しか記載されていない。
なお、特開2001−002735号公報では、アルキルチオールからなる多官能性連鎖移動剤の存在下で前記単位を主鎖に有する樹脂を製造することを提案しているが、このアルキルチオールは1分子中に1つのメルカプト基を有するもので、このような多官能性連鎖移動剤を用いた場合、連鎖移動により生成するポリマーは、一方の端にチオール残基を有する線状ポリマーとなる。
Recently, the miniaturization of semiconductor elements has been further advanced, and for example, development of a process using an ArF excimer laser (193 nm) has been vigorously advanced.
In a process using an ArF excimer laser as a light source, a resin having a benzene ring such as polyhydroxystyrene has insufficient transparency with respect to an ArF excimer laser (193 nm).
In order to solve such drawbacks, a chemically amplified resist using a resin that does not have a benzene ring and instead has a unit derived from a (meth) acrylic acid ester containing an adamantane ring in the main chain, for example. It is getting attention.
The reaction mechanism of the chemically amplified resist is that an acid is generated by irradiating light to an acid generator blended in the resist. On the other hand, by attaching a protecting group to the resist resin that is eliminated by the generated acid, the protecting group is eliminated only at the exposed portion, and the solubility in the developer is greatly changed.
As such a chemically amplified resist, many proposals have been made so far (Japanese Patent No. 2881969, Japanese Patent Laid-Open No. 5-346668, Japanese Patent Laid-Open No. 7-234511, Japanese Patent Laid-Open No. 9-73173). JP-A-9-90637, JP-A-10-161313, JP-A-10-319595, JP-A-11-12326, JP-A-2001-002735, etc.).
All of the resist resins described therein are only examples of linear polymers.
In addition, in JP 2001-002735 A, it is proposed to produce a resin having the above unit in the main chain in the presence of a polyfunctional chain transfer agent comprising an alkyl thiol. In the case of having one mercapto group therein and using such a multifunctional chain transfer agent, the polymer produced by chain transfer is a linear polymer having a thiol residue at one end.

特許2881969号公報Japanese Patent No. 2881969 特開平5−346668号公報JP-A-5-346668 特開平7−234511号公報JP-A-7-234511 特開平9−73173号公報JP-A-9-73173 特開平9−90637号公報JP-A-9-90637 特開平10−161313号公報JP-A-10-161313 特開平10−319595号公報JP 10-319595 A 特開平11−12326号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-12326 特開2001−002735号公報JP 2001-002735 A

さらなる微細化を迫られているArFエキシマレーザー用のレジストにおいては、解像性の向上が必要とされているが、上記のポリマーを始め、従来のポリマーを用いた場合は、レジストの溶解コントラストが不充分となり、マスクリニアリティー特性、焦点深度等について、満足の得られる形状のレジストパターンを得ることが困難な場合が多かった。また、実用に足る溶解コントラストのレジストを用いた場合は、パターン倒れが発生しやすく、これを抑制するのが困難な場合が多かった。
本発明は、このような状況に鑑み、充分実用に足る溶解コントラストを有し、かつ、パターン倒れを抑制可能なポジ型レジスト組成物、およびパターン形成方法を提供することを目的とする。
In the resist for ArF excimer laser, which is required to be further miniaturized, it is necessary to improve the resolution. However, when conventional polymers such as the above-mentioned polymers are used, the resist dissolution contrast is high. In many cases, it is difficult to obtain a resist pattern having a satisfactory shape with respect to mask linearity characteristics, depth of focus, and the like. Further, when a resist having a practically sufficient dissolution contrast is used, pattern collapse tends to occur, and it is often difficult to suppress this.
SUMMARY OF THE INVENTION In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a positive resist composition and a pattern forming method that have a sufficiently practical dissolution contrast and can suppress pattern collapse.

本発明のポジ型レジスト組成物は、低級アルキル分子から3方以上にポリマー鎖が延びた星型分岐ポリマーを含むことを特徴とする、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂成分(A1)、又は3官能以上の多官能性連鎖移動剤の存在下、(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体の重合により得られる星型分岐ポリマーを含むことを特徴とする、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂成分(A2)と露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)と、有機溶剤(C)とを含有することを特徴とする。
また、本発明のレジストパターン形成方法は、前記ポジ型レジスト組成物からなる層を基板上に設け、これにプレベークを施し、選択的に露光した後、PEB(露光後加熱)を施し、アルカリ現像することを特徴とする。
The positive resist composition of the present invention comprises a star-shaped branched polymer in which a polymer chain extends from a lower alkyl molecule in three or more directions, and is a resin component (A1 having increased solubility in alkali by the action of an acid. ), Or a star-shaped branched polymer obtained by polymerization of a monomer containing a (meth) acrylic acid ester in the presence of a trifunctional or higher-functional polyfunctional chain transfer agent. It contains a resin component (A2) that increases solubility in water, an acid generator component (B) that generates acid upon exposure, and an organic solvent (C).
In the resist pattern forming method of the present invention, a layer composed of the positive resist composition is provided on a substrate, pre-baked, selectively exposed, then subjected to PEB (post-exposure heating), and alkali development. It is characterized by doing.

本発明によれば、充分実用に足る溶解コントラストを有し、かつ、パターン倒れを抑制可能なポジ型レジスト組成物、およびパターン形成方法が得られる。   According to the present invention, there can be obtained a positive resist composition and a pattern forming method that have a sufficiently practical dissolution contrast and can suppress pattern collapse.

以下、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。
<樹脂成分(A1)又は(A2)>
本発明における樹脂成分(A1)は、低級アルキル分子から3方以上にポリマー鎖が延びた星型分岐ポリマーを含有する、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂である。
星型分岐ポリマーとは、低級アルキル分子から3以上の複数方向にポリマー鎖が延びた形状のポリマーをいい、それぞれのポリマー鎖は、線状であっても、分岐を有していてもよい。ここで低級アルキル分子とはメタン、エタン、プロパン等を意味し、メタン、すなわち1つの炭素原子から3又は4方向にポリマー鎖が延びたもの、エタンすなわち隣接する2つの炭素原子から3〜6方向にポリマー鎖が延びたもの、プロパン、すなわち隣接する3つの炭素原子から3〜8方向にポリマー鎖が延びたものを例示できる。
それぞれのポリマー鎖は、線状であっても、分岐を有していてもよい。本発明におけるポリマー鎖は、星型分岐ポリマーの調製が容易なこと、ポジ型レジスト組成物調製時の溶剤への溶解性などの点から、1つの炭素原子から3方向または4方向に延びていることが好ましい。
星型分岐ポリマーはレジスト中で3方向以上にポリマー鎖が延びているので、未露光部では他の星型分岐ポリマーや他のポリマーと相互に絡み合ってレジストパターンを形成すると考えられる。従ってこのレジストパターンは、しっかりとした立体構造をとることができる。1つの炭素原子から4方向に延びているとこの立体構造がよりしっかりと形成できるので、4方向に延びていることが好ましい。一方、ポリマー鎖が5方向以上に延びた場合に比べると、前記低級アルキル分子周辺が過度に密にならず、従って、他の分子との絡み合いがより良好になると考えられる。
本発明における樹脂成分(A1)は、後述するその製造方法から、3官能以上の多官能性連鎖移動剤の存在下、(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体の重合により得られる星型分岐ポリマーを含むことを特徴とする、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂成分(A2)としても特定できる。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail.
<Resin component (A1) or (A2)>
The resin component (A1) in the present invention is a resin containing a star-shaped branched polymer having a polymer chain extending in three or more directions from a lower alkyl molecule and having increased solubility in alkali due to the action of an acid.
A star-shaped branched polymer refers to a polymer having a shape in which polymer chains extend from a lower alkyl molecule in three or more directions, and each polymer chain may be linear or branched. Here, the lower alkyl molecule means methane, ethane, propane, etc., and methane, ie, a polymer chain extending from one carbon atom in 3 or 4 directions, ethane, ie, 3 to 6 directions from two adjacent carbon atoms. In this case, propane, that is, a polymer chain extending in the 3 to 8 direction from three adjacent carbon atoms can be exemplified.
Each polymer chain may be linear or branched. The polymer chain in the present invention extends from one carbon atom in three or four directions from the viewpoint of easy preparation of a star-shaped branched polymer and solubility in a solvent when preparing a positive resist composition. It is preferable.
Since the star-shaped branched polymer has polymer chains extending in three or more directions in the resist, it is considered that in the unexposed area, the star-shaped branched polymer is entangled with other star-shaped branched polymers and other polymers to form a resist pattern. Therefore, this resist pattern can take a firm three-dimensional structure. Since it can form this solid structure more firmly when it extends in 4 directions from one carbon atom, it is preferable to extend in 4 directions. On the other hand, compared to the case where the polymer chain extends in 5 directions or more, the periphery of the lower alkyl molecule is not excessively dense, and therefore, the entanglement with other molecules is considered to be better.
The resin component (A1) in the present invention is a star-shaped branch obtained by polymerization of a monomer containing a (meth) acrylic acid ester in the presence of a trifunctional or higher functional chain transfer agent from the production method described later. It can also be specified as a resin component (A2) characterized by containing a polymer and having increased solubility in alkali by the action of an acid.

星型分岐ポリマーの分子量はその質量平均分子量が3,000〜20,000であることが好ましく、5,000〜15,000であることがより好ましい。質量平均分子量を上記下限以上にすることにより、未露光部でのレジスト形状維持性を良好なものにすることができる。上記上限以下にすることにより露光部での溶解性を良好なものとすることができる。
本発明における樹脂成分(A1)又は(A2)は、前記星型分岐ポリマー以外にパターン形成性に実質的に悪影響を与えない範囲で、さらに線状ポリマーを含んでいてもよい。
The molecular weight of the star-shaped branched polymer is preferably 3,000 to 20,000, and more preferably 5,000 to 15,000. By making the mass average molecular weight equal to or more than the above lower limit, the resist shape maintainability in the unexposed portion can be improved. By making it below the above upper limit, the solubility in the exposed area can be improved.
The resin component (A1) or (A2) in the present invention may further contain a linear polymer as long as it does not substantially adversely affect the pattern forming property other than the star-shaped branched polymer.

・星型分岐ポリマーの製造方法
前記星型分岐ポリマーは種々の方法で製造可能であるが、例えば、3官能以上の多官能性連鎖移動剤、好ましくは3官能以上のメルカプタン化合物の存在下で、星型分岐ポリマーの構成単位を形成するための単量体、好ましくは、後述するような(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体を重合する方法を採用できる。すなわち、3官能以上のメルカプタン化合物の存在下で、前記単量体の混合物を重合開始剤を用いてラジカル重合する方法が連鎖移動性が良好なことから好ましい。
メルカプタン化合物としては、3官能以上のものであれば特に限定されるものではないが、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールメタントリス(2−メルカプトアセテート)、トリメチロールメタントリス(3−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)等を例示できる。これらの中では得られる星型分岐ポリマーを含む樹脂成分を用いて形成したレジストパターンの未露光部の立体構造維持性に優れるので、4官能であるペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)が好ましく、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)が特に好ましい。これらのメルカプタン化合物を重合系内に存在させることにより、成長ラジカルはメルカプタン化合物から容易に水素を引き抜き、この連鎖移動反応で生成したラジカルはモノマーへ付加し再開始する。よって3官能以上の多官能性連鎖移動剤を用いれば、3分岐または4分岐ポリマーを生じることとなる。
前記星型分岐ポリマーにおける多官能性連鎖移動剤とポリマー鎖を構成する単量体のモル比は単量体と多官能性連鎖移動剤の合計量100モル%に対して多官能性連鎖移動剤が1〜5モル%とすることが好ましく、2〜3モル%とすることがより好ましい。
Method for producing star-shaped branched polymer The star-shaped branched polymer can be produced by various methods. For example, in the presence of a trifunctional or higher functional chain transfer agent, preferably a trifunctional or higher functional mercaptan compound, A method for polymerizing a monomer for forming a constituent unit of a star-shaped branched polymer, preferably a monomer containing a (meth) acrylic acid ester as described later can be employed. That is, the method of radical polymerization of the monomer mixture using a polymerization initiator in the presence of a tri- or higher functional mercaptan compound is preferable because of good chain transferability.
The mercaptan compound is not particularly limited as long as it is trifunctional or higher, but pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate), pentaerythritol tetrakis (3-mercaptopropionate), trimethylol methanetris (2 -Mercaptoacetate), trimethylol methanetris (3-mercaptopropionate), trimethylolpropane tris (3-mercaptopropionate) and the like. Among these, the tetra-functional pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate) and pentaerythritol are excellent because they are excellent in maintaining the three-dimensional structure of the unexposed portion of the resist pattern formed using the resin component containing the star-shaped branched polymer. Tetrakis (3-mercaptopropionate) is preferred, and pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate) is particularly preferred. By making these mercaptan compounds exist in the polymerization system, the growing radicals easily extract hydrogen from the mercaptan compounds, and the radicals generated by this chain transfer reaction are added to the monomers and restarted. Therefore, if a polyfunctional chain transfer agent having three or more functions is used, a tri-branched or 4-branched polymer is produced.
In the star-branched polymer, the molar ratio of the multifunctional chain transfer agent to the monomer constituting the polymer chain is 100 mol% of the total amount of the monomer and the multifunctional chain transfer agent. Is preferably 1 to 5 mol%, more preferably 2 to 3 mol%.

重合開始剤としては、熱により効率的にラジカルを発生して単量体を重合させることができるものであれば特に限定されるものではない。
具体的には、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルイソブチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド類;イソブチリルパーオキサイド、ビス(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド類;p−メンタンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド類;2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンなどのジアルキルパーオキサイド類;1,1−ビス(t−ブチルパ−オキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンなどのパーオキシケタール類;t−ブチルパ−オキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルパーオキシネオデカノエートなどのパーオキシエステル類;ジn−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート類;アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチレートなどのアゾ化合物類等を挙げることができる。
The polymerization initiator is not particularly limited as long as it can efficiently generate radicals by heat and polymerize the monomer.
Specifically, ketone peroxides such as methyl ethyl ketone peroxide, methyl isobutyl ketone peroxide, and cyclohexanone peroxide; diacyl peroxides such as isobutyryl peroxide and bis (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide Hydroperoxides such as p-menthane hydroperoxide and 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide; 2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexane and the like Dialkyl peroxides; peroxyketals such as 1,1-bis (t-butylperoxy) -3,3,5-trimethylcyclohexane; t-butylperoxyneodecanoate, 1,1,3,3 -Tetramethylperoxyneodeca Peroxyesters such as diate; peroxydicarbonates such as di-n-propyl peroxydicarbonate and diisopropyl peroxydicarbonate; azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvalero) Nitrile) and azo compounds such as 2,2′-azobisisobutyrate.

本発明の樹脂の製造は、上記構成単位を有する(メタ)アクリル酸エステルを重合開始剤と多官能性連鎖移動剤の存在下で、塊状、懸濁、溶液重合により行なわれるが、一般に溶液重合法が好ましい。また重合はバッチ式、連続式のいずれも可能であるが、バッチ式が品質の安定性に優れ、好ましい。
この重合に用いる溶剤としては、単量体、重合開始剤、多官能性連鎖移動剤及び生成する重合体のいずれをも溶解できる溶剤が好ましく、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、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを挙げることができる。
重合にあたっての重合温度は、50〜150℃が好ましく、60〜120℃がより好ましい。
星型分岐ポリマーの分子量の調節は、使用する単量体量に対する重合開始剤量、多官能性連鎖移動剤量により行うことができる。重合開始剤量、多官能性連鎖移動剤量を多くすればそれだけ分子量が小さくなる。
The resin of the present invention is produced by mass polymerization, suspension, and solution polymerization of (meth) acrylic acid ester having the above structural unit in the presence of a polymerization initiator and a polyfunctional chain transfer agent. Legal is preferred. The polymerization may be either batch type or continuous type, but the batch type is preferable because of excellent quality stability.
As the solvent used for this polymerization, a solvent capable of dissolving any of a monomer, a polymerization initiator, a polyfunctional chain transfer agent and a polymer to be produced is preferable, for example, 1,4-dioxane, isopropyl alcohol, acetone, Tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and the like can be mentioned.
50-150 degreeC is preferable and, as for the polymerization temperature in superposition | polymerization, 60-120 degreeC is more preferable.
The molecular weight of the star-shaped branched polymer can be adjusted by the amount of polymerization initiator and the amount of polyfunctional chain transfer agent relative to the amount of monomer used. Increasing the polymerization initiator amount and the polyfunctional chain transfer agent amount decreases the molecular weight.

こうして得られた星型分岐ポリマー溶液を、この溶液をテトラヒドロフランなどの良溶媒で適当な溶液粘度になるように希釈した後、水、メタノールなどの貧溶媒中に滴下して析出させる。この析出物をろ別、洗浄、乾燥して、生成物である星型分岐ポリマーを得ることができる。この再沈工程は不要である場合もあるが、再沈工程を経ると、未反応の単量体、重合開始剤等を除去でき、レジスト性能を高度のものとすることができる。   The star-shaped branched polymer solution thus obtained is diluted with a good solvent such as tetrahydrofuran so as to have an appropriate solution viscosity, and then dropped into a poor solvent such as water or methanol to be precipitated. The precipitate can be filtered, washed, and dried to obtain a star-shaped branched polymer as a product. Although this reprecipitation step may be unnecessary, after the reprecipitation step, unreacted monomers, polymerization initiators and the like can be removed, and the resist performance can be improved.

本発明の樹脂が星型分岐ポリマーであることは以下のようにして確認できる。ポリマー分子の構造が異なると、一定温度において良溶剤に溶けこんだポリマーの希薄溶液中では、ポリマー分子の広がりが異なることが知られている(B.H.Zimm, W.H.Stockmayer, J.Chem.Phys., 17, 1301(1949))。例えば、同一分子量の直鎖状ポリマーと星型分岐ポリマーを比較すると、分岐構造を有するポリマー分子の広がりが直鎖状ポリマー分子よりも小さくなっている。その結果、星型分岐ポリマーの極限粘度や分子のサイズを表す平均二乗回転半径が直鎖状ポリマーより小さく観測される。このことより、本発明の重合体の極限粘度を同様な条件下でゲルパーミエーションクロマトグラム(GPC)法で測定し、多官能性連鎖移動剤非存在下で合成した直鎖状ポリマーの極限粘度との比 g=[η]branch/[η]linear を分岐パラメータとして用いることができる。すなわち、重量平均分子量が同一のポリマーを比較すると g<1 となる。   It can be confirmed as follows that the resin of the present invention is a star-shaped branched polymer. It is known that polymer molecules have different structures in dilute solutions of polymers dissolved in a good solvent at different temperatures (BHZimm, WHStockmayer, J. Chem. Phys., 17, 1301 (1949)). For example, when comparing a linear polymer having the same molecular weight with a star-shaped branched polymer, the spread of the polymer molecule having a branched structure is smaller than that of the linear polymer molecule. As a result, the mean square turning radius representing the intrinsic viscosity and molecular size of the star-shaped branched polymer is observed to be smaller than that of the linear polymer. From this, the intrinsic viscosity of the polymer of the present invention was measured by the gel permeation chromatogram (GPC) method under the same conditions, and the intrinsic viscosity of the linear polymer synthesized in the absence of the polyfunctional chain transfer agent. The ratio g = [η] branch / [η] linear can be used as a branching parameter. That is, g <1 when comparing polymers having the same weight average molecular weight.

本発明における樹脂成分(A1)又は(A2)は、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂であり、上記星型分岐ポリマー及び/又は線状ポリマーは解離性溶解抑制基を含むものが好ましく、特に、上記星型分岐ポリマーが解離性溶解抑制基を含むことが好ましい。
酸解離性溶解抑制基は、酸が存在しない状態では、樹脂成分をアルカリ不溶性にするアルカリ溶解抑制性を有するとともに、酸が存在したときに、酸の作用により解離してレジスト用樹脂全体をアルカリ可溶性に変化させる保護基である。
The resin component (A1) or (A2) in the present invention is a resin whose solubility in alkali is increased by the action of an acid, and the star-shaped branched polymer and / or linear polymer contains a dissociable dissolution inhibiting group. In particular, the star-shaped branched polymer preferably contains a dissociable, dissolution inhibiting group.
The acid dissociable, dissolution inhibiting group has an alkali dissolution inhibiting property that renders the resin component alkali-insoluble in the absence of an acid, and in the presence of an acid, it dissociates by the action of the acid to make the entire resist resin alkaline. It is a protecting group that changes the solubility.

以下、本発明における樹脂成分の構成単位の例について説明する。
・構成単位(a1)
本発明における樹脂成分においては、ArFエキシマレーザーの吸収性等の点から、酸解離性溶解抑制基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位(a1)を有することが好ましい。
ここで、(メタ)アクリル酸エステルとはアクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの一方または両方を指す。
特に、星型分岐ポリマーが酸解離性溶解抑制基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位(a1)を含有することが好ましい。
酸解離性溶解抑制基としては、上記の特性を有する基であれば、どのような基も用いることができるが、(メタ)アクリル酸のカルボキシル基と環状または鎖状の第3級アルキルエステルを形成するものが好ましく、脂肪族多環式基を含有するものがより好ましく用いられる。このような多環式基を含有する酸解離性溶解抑制基は、ArFエキシマレーザーの波長帯の光吸収が少ないこと、酸解離性が良好なことから、ArFエキシマレーザー用のポジ型レジストとして好適である。
Hereinafter, the example of the structural unit of the resin component in this invention is demonstrated.
・ Structural unit (a1)
The resin component in the present invention preferably has a structural unit (a1) derived from a (meth) acrylic acid ester containing an acid dissociable, dissolution inhibiting group, from the viewpoint of ArF excimer laser absorption and the like.
Here, (meth) acrylic acid ester refers to one or both of acrylic acid ester and methacrylic acid ester.
In particular, the star-shaped branched polymer preferably contains a structural unit (a1) derived from a (meth) acrylic acid ester containing an acid dissociable, dissolution inhibiting group.
As the acid dissociable, dissolution inhibiting group, any group can be used as long as it has the above-mentioned characteristics. However, a carboxyl group of (meth) acrylic acid and a cyclic or chain-like tertiary alkyl ester can be used. Those formed are preferred, and those containing an aliphatic polycyclic group are more preferably used. Such an acid dissociable, dissolution inhibiting group containing a polycyclic group is suitable as a positive resist for an ArF excimer laser because it has little light absorption in the wavelength band of ArF excimer laser and has good acid dissociability. It is.

前記多環式基としては、ビシクロアルカン、トリシクロアルカン、テトラシクロアルカンなどから1個の水素原子を除いた基などを挙げることができる。
具体的には、アダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカンなどのポリシクロアルカンから1個の水素原子を除いた基などを挙げることができる。
このような多環式基は、ArFレジストにおいて多数提案されているものから適宜選択して用いることができる。中でもアダマンチル基、ノルボルニル基、テトラシクロドデシル基が工業的な利用可能性の点から好ましい。
Examples of the polycyclic group include groups in which one hydrogen atom has been removed from bicycloalkane, tricycloalkane, tetracycloalkane and the like.
Specific examples include groups in which one hydrogen atom has been removed from a polycycloalkane such as adamantane, norbornane, isobornane, tricyclodecane, and tetracyclododecane.
Such polycyclic groups can be appropriately selected from those proposed in large numbers in ArF resists. Of these, an adamantyl group, norbornyl group, and tetracyclododecyl group are preferred from the viewpoint of industrial applicability.

また、構成単位(a1)は下記一般式(I)、(II)及び(III)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The structural unit (a1) is preferably at least one selected from the group consisting of the following general formulas (I), (II) and (III).

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子またはメチル基、Rは炭素数1以上の低級アルキル基である)
Figure 2005070742
(Wherein R is a hydrogen atom or a methyl group, and R 1 is a lower alkyl group having 1 or more carbon atoms)

Figure 2005070742
Figure 2005070742

(式中、Rは水素原子またはメチル基、R及びRはそれぞれ独立に低級アルキル基である) (Wherein R is a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 and R 3 are each independently a lower alkyl group)

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子またはメチル基、Rは第3級アルキル基である。)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group, and R 4 is a tertiary alkyl group.)

前記一般式(I)で表される、構成単位は、(メタ)アクリル酸構成単位に炭化水素基がエステル結合したものであって、(メタ)アクリレート構成単位のエステル部の酸素原子(−O−)に直鎖または分岐鎖のアルキル基が結合することにより、前記酸素原子に隣接するアダマンチル基の炭素原子(アダマンチル基の2位の炭素原子)を第3級炭素原子とし、これによって、第3級アルキルエステルが形成されている。   The structural unit represented by the general formula (I) is a structural unit in which a hydrocarbon group is ester-bonded to a structural unit of (meth) acrylic acid, and an oxygen atom (—O) in the ester part of the (meth) acrylate structural unit. -) Is bonded to a linear or branched alkyl group so that the carbon atom of the adamantyl group adjacent to the oxygen atom (the carbon atom at the 2-position of the adamantyl group) is a tertiary carbon atom. A tertiary alkyl ester is formed.

前記一般式(I)中、Rとしては、好ましくは炭素数1〜5の低級直鎖又は分岐状のアルキル基が好ましく、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。工業的な入手容易性からは、メチル基が好ましい。また、炭素数2以上、好ましくは2〜5のアルキル基は、メチル基の場合に比べて酸解離性が高くなる傾向があるので、より高い酸解離性を求める場合は、炭素数が2〜5であることが好ましく、工業的な入手容易性、立体障害を防ぎ、効率よく溶解抑制基が解離するなどの点からエチル基が好ましい。 In the general formula (I), R 1 is preferably a lower linear or branched alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, specifically a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, n -Butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, isopentyl group, neopentyl group and the like can be mentioned. In view of industrial availability, a methyl group is preferred. In addition, since an alkyl group having 2 or more carbon atoms, preferably 2 to 5 carbon atoms tends to have higher acid dissociability than that of a methyl group, when a higher acid dissociation property is required, the alkyl group has 2 to 2 carbon atoms. It is preferably 5, and an ethyl group is preferable from the viewpoints of industrial availability, prevention of steric hindrance, and efficient dissolution-dissociation group dissociation.

前記一般式(II)で表される構成単位は、前記一般式(I)と同様に(メタ)アクリル酸構成単位に炭化水素基がエステル結合したものであって、この場合は、(メタ)アクリレート構成単位のエステル部の酸素原子(−O−)に隣接する炭素原子が第3級炭素原子であり、該第3級炭素原子に、このアルキル基中にさらにアダマンチル基のような環骨格が存在するものである。
また、R及びRは、それぞれ独立に、好ましくは炭素数1〜5の低級アルキル基であると好ましい。具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基などが挙げられる。
このような基は、前記一般式(I)でRがメチル基である2−メチル−2−アダマンチル基より酸解離性が高くなる傾向がある。
中でも、R、Rが共にメチル基である2−(1−アダマンチル)−2−プロピル(メタ)アクリレートから誘導される構成単位を工業的に好ましいものとして挙げることができる。
As in the general formula (I), the structural unit represented by the general formula (II) is a (meth) acrylic acid structural unit in which a hydrocarbon group is ester-bonded. The carbon atom adjacent to the oxygen atom (—O—) of the ester part of the acrylate structural unit is a tertiary carbon atom, and the tertiary carbon atom further has a ring skeleton such as an adamantyl group in the alkyl group. It exists.
R 2 and R 3 are each independently preferably a lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, and a neopentyl group.
Such a group tends to have higher acid dissociability than the 2-methyl-2-adamantyl group in which R 1 in the general formula (I) is a methyl group.
Among these, mention may be made of R 2, R 3 are both a methyl group 2- (1-adamantyl) -2-propyl (meth) structural units derived from acrylate as preferred industrially.

前記一般式(III)で表される構成単位は、(メタ)アクリル酸とテトラシクロドデシル基とのエステルからなる(メタ)アクリレート構成単位のテトラシクロドデシル基の環骨格上に、別のエステル(−COOR)が結合したものであり、別のエステル(−COOR)の酸素原子(−O−)に隣接する基Rが第3級アルキル基である。
は、tert−ブチル基やtert−アミル基のような第3級アルキル基であり、tert−ブチル基である場合が工業的に好ましい。
また、基−COORは、式中に示したテトラシクロドデシル基の3又は4の位置に結合していてよいが、、異性体として共に含まれるのでこれ以上は特定できない。また、(メタ)アクリレート構成単位のカルボキシル基残基は、テトラシクロドデカニル基の8又は9の位置に結合していてよいが、上記と同様に、異性体として共に含まれるので特定できない。
The structural unit represented by the general formula (III) is a group of another ester on the ring skeleton of the tetracyclododecyl group of the (meth) acrylate structural unit composed of an ester of (meth) acrylic acid and a tetracyclododecyl group. —COOR 4 ) is bonded, and the group R 4 adjacent to the oxygen atom (—O—) of another ester (—COOR 4 ) is a tertiary alkyl group.
R 4 is a tertiary alkyl group such as a tert-butyl group or a tert-amyl group, and the case where it is a tert-butyl group is industrially preferred.
The group —COOR 4 may be bonded to the 3 or 4 position of the tetracyclododecyl group shown in the formula, but cannot be specified any more because it is included as an isomer. In addition, the carboxyl group residue of the (meth) acrylate structural unit may be bonded to the 8 or 9 position of the tetracyclododecanyl group, but cannot be specified because it is included together as an isomer as described above.

構成単位(a1)は、樹脂成分に対して、20〜70モル%、より好ましくは30〜50モル%含まれていると好ましい。下限値以上とすることにより、レジストの解像性、レジストパターン形状の垂直性が向上し、上限値以下にすることによりパターン密度に対する寸法依存性、焦点深度幅、レジストパターン形状の垂直性が向上する。   The structural unit (a1) is preferably contained in an amount of 20 to 70 mol%, more preferably 30 to 50 mol%, based on the resin component. By setting the value to the lower limit or higher, the resolution of the resist and the verticality of the resist pattern shape are improved. By setting the value to the upper limit or lower, the dimensional dependence on the pattern density, the depth of focus, and the verticality of the resist pattern shape are improved. To do.

・構成単位(a2)
樹脂成分においては、上記星型分岐ポリマー及び/又は線状ポリマーが、ラクトン含有単環または多環式基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位(a2)を含有することが好ましい。
ラクトン官能基はポジ型レジスト組成物として用いたときに、レジスト膜と基板の密着性を高めたり、現像液との親水性を高めるために有効である。
ラクトン含有単環または多環式基としては、例えば、γ−ブチロラクトンから水素原子1つを除いた単環式基や、ラクトン含有ビシクロアルカンから水素原子1つを除いた多環式基などが挙げられる。
具体的には、例えば以下の構造式(IV)〜(VI)で表される構成単位が好ましい。
・ Structural unit (a2)
In the resin component, it is preferable that the star-shaped branched polymer and / or linear polymer contains a structural unit (a2) derived from a (meth) acrylic acid ester containing a lactone-containing monocyclic or polycyclic group.
When used as a positive resist composition, the lactone functional group is effective for enhancing the adhesion between the resist film and the substrate and enhancing the hydrophilicity with the developer.
Examples of the lactone-containing monocyclic or polycyclic group include a monocyclic group obtained by removing one hydrogen atom from γ-butyrolactone, and a polycyclic group obtained by removing one hydrogen atom from a lactone-containing bicycloalkane. It is done.
Specifically, for example, structural units represented by the following structural formulas (IV) to (VI) are preferable.

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)

上記式中、特に、式(IV)及び式(VI)で表されるノルボルナンラクトンやγ−ブチロラクトン(メタ)アクリレート単位は、耐ドライエッチング性や密着性の点から好ましい。   Among the above formulas, norbornane lactone and γ-butyrolactone (meth) acrylate units represented by formula (IV) and formula (VI) are particularly preferred from the viewpoint of dry etching resistance and adhesion.

構成単位(a2)は、樹脂成分に対して、20〜60モル%、より好ましくは30〜50モル%含まれていると好ましい。下限値以上とすることにより、レジストパターン形状の垂直性や無機基板に対する密着性が向上し、上限値以下にすることによりパターン倒れや解像性が向上する。   The structural unit (a2) is preferably contained in an amount of 20 to 60 mol%, more preferably 30 to 50 mol%, based on the resin component. By setting it to the lower limit or more, the verticality of the resist pattern shape and the adhesion to the inorganic substrate are improved, and by setting the upper limit or less, the pattern collapse and resolution are improved.

・構成単位(a3)
また、前記樹脂成分においては、上記星型分岐ポリマー及び/又は線状ポリマーが、水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位(a3)を含有することが好ましい。
水酸基が極性基であるので、樹脂成分が構成単位(a3)を含むことにより、樹脂成分全体と、レジストパターンを形成する際に用いられるアルカリ現像液との親和性が高まる。そのため、ポジ型レジスト組成物として用いた場合に、露光部におけるアルカリ溶解性が向上し、解像性の向上に寄与するため好ましい。
構成単位(a3)としては、例えばArFエキシマレーザーのレジスト組成物用の樹脂において、多数提案されているものの中から適宜選択して用いることができ、例えば水酸基含有脂肪族多環式基を含むことが好ましい。
該多環式基としては、前記構成単位(a1)の説明において例示したものと同様の多数の多環式基から適宜選択して用いることができる。
具体的に、構成単位(a3)としては、水酸基含有アダマンチル基(水酸基の数は好ましくは1〜3、さらに好ましくは1である。)を有するものが好ましく用いられる。
さらに具体的には、下記一般式(VII)で表される構成単位を挙げることができる。
・ Structural unit (a3)
Moreover, in the said resin component, it is preferable that the said star-shaped branched polymer and / or linear polymer contain the structural unit (a3) derived from the (meth) acrylic acid ester which has a hydroxyl group.
Since the hydroxyl group is a polar group, when the resin component contains the structural unit (a3), the affinity between the entire resin component and the alkali developer used when forming the resist pattern is increased. For this reason, when used as a positive resist composition, the alkali solubility in the exposed area is improved, which contributes to the improvement of resolution.
As the structural unit (a3), for example, a resin for resist composition of ArF excimer laser can be appropriately selected from among many proposed ones, and includes, for example, a hydroxyl group-containing aliphatic polycyclic group. Is preferred.
The polycyclic group can be appropriately selected from a large number of polycyclic groups similar to those exemplified in the description of the structural unit (a1).
Specifically, as the structural unit (a3), those having a hydroxyl group-containing adamantyl group (the number of hydroxyl groups is preferably 1 to 3, more preferably 1) are preferably used.
More specifically, a structural unit represented by the following general formula (VII) can be given.

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)

一般式(VII)で表される構成単位を用いると、ポジ型レジスト組成物として用いたときに、耐ドライエッチング性を上昇させ、パターン断面形状の垂直性を高める効果を有するため、好ましい。   When the structural unit represented by the general formula (VII) is used, it is preferable because when it is used as a positive resist composition, it has an effect of increasing dry etching resistance and increasing the perpendicularity of the pattern cross-sectional shape.

構成単位(a3)は、樹脂成分に対して、10〜50モル%、好ましくは20〜30モル%含まれていると好ましい。下限値以上とすることにより、解像性の向上効果が良好となり、上限値をこえると他の構成単位のバランスの点等から不都合となるおそれがある。   The structural unit (a3) is contained in an amount of 10 to 50 mol%, preferably 20 to 30 mol%, based on the resin component. By setting it to the lower limit value or more, the effect of improving the resolution becomes good, and when the upper limit value is exceeded, there is a possibility that it becomes inconvenient in terms of the balance of other structural units.

前記樹脂成分は、構成単位(a1)〜(a3)以外の他の構成単位(a4)を含むものであってもよい。
構成単位(a4)は、上述の構成単位(a1)〜(a3)に分類されない他の構成単位であれば特に限定するものではない。すなわち酸解離性溶解抑制基、ラクトン、水酸基を含有しないものであればよい。例えば脂肪族多環式基を含み、かつ(メタ)アクリル酸エステルから誘導される構成単位などが好ましい。この様な構成単位を用いると、ポジ型レジスト組成物として用いたときに、孤立パターンからセミデンスパターン(ライン幅1に対してスペース幅が1.2〜2のラインアンドスペースパターン)の解像性に優れるので、好ましい。
該多環式基は、例えば、前記の構成単位(a1)の場合に例示したものと同様のものを例示することができ、ArFポジレジスト材料やKrFポジレジスト材料等として従来から知られている多数のものが使用可能である。
特にトリシクロデカニル基、アダマンチル基、テトラシクロドデカニル基から選ばれる少なくとも1種以上であると、工業上入手し易いなどの点で好ましい。
これら構成単位(a4)として、具体的には、下記(VIII)〜(X)の構造のものを例示することができる。
The resin component may include a structural unit (a4) other than the structural units (a1) to (a3).
The structural unit (a4) is not particularly limited as long as it is another structural unit that is not classified into the structural units (a1) to (a3). In other words, any acid dissociable, dissolution inhibiting group, lactone, or hydroxyl group may be used. For example, a structural unit containing an aliphatic polycyclic group and derived from a (meth) acrylic acid ester is preferable. When such a structural unit is used, when used as a positive resist composition, a resolution from an isolated pattern to a semi-dense pattern (line and space pattern having a space width of 1.2 to 2 with respect to a line width of 1) Since it is excellent in property, it is preferable.
Examples of the polycyclic group include those similar to those exemplified in the case of the structural unit (a1), and are conventionally known as ArF positive resist materials and KrF positive resist materials. Many can be used.
In particular, at least one selected from a tricyclodecanyl group, an adamantyl group, and a tetracyclododecanyl group is preferable in terms of industrial availability.
Specific examples of the structural unit (a4) include those having the following structures (VIII) to (X).

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である)
Figure 2005070742
(Wherein R is a hydrogen atom or a methyl group)

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である)
Figure 2005070742
(Wherein R is a hydrogen atom or a methyl group)

Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である)
Figure 2005070742
(Wherein R is a hydrogen atom or a methyl group)

構成単位(a4)は、樹脂成分に必須のものではないが、樹脂成分に対して、1〜25モル%、好ましくは10〜20モル%含有させると、孤立パターンからセミデンスパターンの解像性が向上するので、好ましい。   The structural unit (a4) is not essential for the resin component, but when it is contained in an amount of 1 to 25 mol%, preferably 10 to 20 mol%, the resolution of the semi-dense pattern from the isolated pattern is included. Is preferable.

上述のように、樹脂成分においては、星型分岐ポリマーのポリマー鎖が構成単位(a1)を含有することが好ましい。この星型分岐ポリマーはさらに構成単位(a2)をも含有していることが好ましい。また、構成単位(a3)も星型分岐ポリマーの構成単位であることが好ましい。
すなわち、星型分岐ポリマーは構成単位(a1)、(a2)及び(a3)を1つの星型分岐ポリマー中に含むものであることが好ましい。あるいは、星型分岐ポリマーは、構成単位(a1)と(a2)を含有する星型分岐ポリマーと構成単位(a1)と(a3)とを含有する星型分岐ポリマーの混合物であることが好ましい。
また、構成単位(a4)を含有する場合は、前記星型分岐ポリマー、線状ポリマーのいずれかに含有されていればよい。この線状ポリマーも、構成単位(a1)と、構成単位(a2)及び/または構成単位(a3)を含有するものであることが好ましい。
As described above, in the resin component, the polymer chain of the star-shaped branched polymer preferably contains the structural unit (a1). This star-shaped branched polymer preferably further contains the structural unit (a2). The structural unit (a3) is also preferably a structural unit of a star-shaped branched polymer.
That is, the star-shaped branched polymer preferably contains the structural units (a1), (a2) and (a3) in one star-shaped branched polymer. Alternatively, the star-shaped branched polymer is preferably a mixture of a star-shaped branched polymer containing the structural units (a1) and (a2) and a star-shaped branched polymer containing the structural units (a1) and (a3).
Moreover, when containing a structural unit (a4), it should just be contained in either the said star-shaped branched polymer or a linear polymer. This linear polymer also preferably contains the structural unit (a1), the structural unit (a2) and / or the structural unit (a3).

樹脂の分子量はその質量平均分子量が3,000〜20,000であることが好ましく、5、000〜15、000であることがより好ましい。質量平均分子量を上記下限以上にすることにより、未露光部でのレジスト形状維持性を良好なものにすることができる。上記上限以下にすることにより露光部での溶解性を良好なものとすることができる。   The molecular weight of the resin is preferably 3,000 to 20,000, more preferably 5,000 to 15,000. By making the mass average molecular weight equal to or more than the above lower limit, the resist shape maintainability in the unexposed portion can be improved. By making it below the upper limit, the solubility in the exposed area can be improved.

<ポジ型レジスト組成物>
次にポジ型レジスト組成物について説明する。
本発明のポジ型レジスト組成物は、前記樹脂成分(A)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)と、有機溶剤(C)とを含有する。
<Positive resist composition>
Next, the positive resist composition will be described.
The positive resist composition of the present invention contains the resin component (A), an acid generator component (B) that generates an acid upon exposure, and an organic solvent (C).

(B)成分
(B)成分としては、従来化学増幅型レジストにおける酸発生剤として公知のもの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。
この酸発生剤の例としては、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)フェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、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、(4−メトキシフェニル)ジ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、(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、(p−tert−ブチルフェニル)ジ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、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルホネート、ビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム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ノナフルオロブタンスルホネートなどのオニウム塩などを挙げることができる。これらのなかでもフッ素化アルキルスルホン酸イオンをアニオンとするスルホニウム塩が好ましい。
Component (B) As the component (B), an arbitrary one can be appropriately selected from those known as acid generators in conventional chemically amplified resists.
Examples of the acid generator include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, (4-methoxyphenyl) phenyliodonium trifluoromethanesulfonate, bis (p-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, (4 -Methoxyphenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, (4-methylphenyl) diphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate, (p-tert-butylphenyl) diphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluorobutanesulfonate, bis (p-tert- Butylphenyl) iodonium nonafluorobutanesulfonate, And the like onium salts, such as Li-phenyl nonafluorobutanesulfonate. Among these, a sulfonium salt having a fluorinated alkyl sulfonate ion as an anion is preferable.

この(B)成分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。
その配合量は、(A)成分100質量部に対し、0.5〜30質量部、好ましくは1〜10質量部とされる。0.5質量部以上とすることにより、パターン形成が充分に行われる様になり、30質量部以下とすることにより均一な溶液が得られ、保存安定性が向上する傾向がある。
This (B) component may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.
The compounding quantity is 0.5-30 mass parts with respect to 100 mass parts of (A) component, Preferably it is 1-10 mass parts. When the amount is 0.5 parts by mass or more, pattern formation is sufficiently performed. When the amount is 30 parts by mass or less, a uniform solution is obtained, and the storage stability tends to be improved.

(C)成分
ポジ型レジスト組成物は、前記(A)成分と前記(B)成分と、後述する任意の(D)成分を、好ましくは(C)成分に溶解させて製造することができる。ポジ型レジスト組成物の(C)成分の量は特に限定されず、例えば基板等の上に塗布可能なポジ型レジスト組成物が得られる濃度とされる。
(C)成分としては、前記(A)成分と前記(B)成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種又は2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、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−ヘプタノンなどのケトン類や、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や、ジオキサンのような環式エーテル類や、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、ピルピン酸メチル、ピルピン酸エチル、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などを挙げることができる。これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
Component (C) The positive resist composition can be produced by dissolving the component (A), the component (B), and the optional component (D) described below, preferably in the component (C). The amount of the component (C) in the positive resist composition is not particularly limited, and is, for example, a concentration at which a positive resist composition that can be applied onto a substrate or the like is obtained.
As the component (C), any component can be used as long as it can dissolve the component (A) and the component (B) to form a uniform solution. One or two or more can be appropriately selected and used.
For example, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isoamyl ketone, 2-heptanone, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, diethylene glycol, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol, or dipropylene Polyhydric alcohols such as glycol monoacetate monomethyl ether, monoethyl ether, monopropyl ether, monobutyl ether or monophenyl ether and derivatives thereof, cyclic ethers such as dioxane, methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate , Ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, methyl methoxypropionate, ethoxypropionate Esters such as phosphate ethyl and the like. These organic solvents may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents.

特に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)と、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、乳酸エチル(EL)、γ−ブチロラクトン等のヒドロキシ基やラクトン官能基を有する極性溶剤との混合溶剤は、ポジ型レジスト組成物の保存安定性が向上するため、好ましい。
特にPGMEAとELの混合溶剤が好ましい。
PGMEA/ELの混合溶剤としては、PGMEA:ELの質量比が6:4〜4:6であると好ましい。
In particular, a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and a polar solvent having a hydroxy group or a lactone functional group such as propylene glycol monomethyl ether (PGME), ethyl lactate (EL), or γ-butyrolactone is a positive resist. This is preferable because the storage stability of the composition is improved.
A mixed solvent of PGMEA and EL is particularly preferable.
As a mixed solvent of PGMEA / EL, the mass ratio of PGMEA: EL is preferably 6: 4 to 4: 6.

(D)成分
ポジ型レジスト組成物には、レジストパターン形状、引き置き安定性等の向上のために、さらに任意の(D)成分としてアミン、特には第2級低級脂肪族アミンや第3級低級脂肪族アミンを含有させることができる。
ここで低級脂肪族アミンとは炭素数5以下のアルキルまたはアルキルアルコールのアミンを言い、この第2級や第3級アミンの例としては、トリメチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリペンチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどが挙げられるが、特にトリエタノールアミンのようなアルカノールアミンが好ましい。
これら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。
これらのアミンは、(A)成分100質量部に対して通常0.01〜2質量部の範囲で用いられる。
Component (D) In the positive resist composition, for the purpose of improving the resist pattern shape, stability of placement, etc., an optional component (D) is an amine, particularly a secondary lower aliphatic amine or tertiary. Lower aliphatic amines can be included.
Here, the lower aliphatic amine means an alkyl or alkyl alcohol amine having 5 or less carbon atoms. Examples of the secondary and tertiary amines include trimethylamine, diethylamine, triethylamine, di-n-propylamine, -N-propylamine, tripentylamine, diethanolamine, triethanolamine and the like can be mentioned, and alkanolamines such as triethanolamine are particularly preferable.
These may be used alone or in combination of two or more.
These amines are generally used in the range of 0.01 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of component (A).

(E)有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体
ポジ型レジスト組成物には、前記(D)成分と同様のレジストパターン形状、引き置き安定性等の向上、感度調整の目的で、さらに任意の(E)成分として、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体を含有させることができる。なお、(D)成分と(E)成分は併用することもできるし、いずれか1種を用いることもできる。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのような誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸−ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E)成分は、(A)成分100質量部当り0.01〜1.0質量部の割合で用いられる。
(E) Organic carboxylic acid or phosphorous oxo acid or derivative thereof The positive resist composition is further optional for the purpose of improving the resist pattern shape, retention stability, etc., and adjusting the sensitivity, similar to the component (D). As the component (E), an organic carboxylic acid, an oxo acid of phosphorus, or a derivative thereof can be contained. In addition, (D) component and (E) component can also be used together, and any 1 type can also be used.
As the organic carboxylic acid, for example, malonic acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, salicylic acid and the like are suitable.
Phosphorus oxoacids or derivatives thereof include phosphoric acid, phosphoric acid di-n-butyl ester, phosphoric acid diphenyl ester and other phosphoric acid or derivatives thereof such as phosphonic acid, phosphonic acid dimethyl ester, phosphonic acid- Like phosphonic acids such as di-n-butyl ester, phenylphosphonic acid, phosphonic acid diphenyl ester, phosphonic acid dibenzyl ester and derivatives thereof, phosphinic acids such as phosphinic acid, phenylphosphinic acid and their esters Among these, phosphonic acid is particularly preferable.
(E) A component is used in the ratio of 0.01-1.0 mass part per 100 mass parts of (A) component.

ポジ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剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、安定剤、着色剤、ハレーション防止剤などを添加含有させることができる。   The positive resist composition further contains miscible additives as desired, for example, additional resins for improving the performance of the resist film, surfactants for improving coatability, dissolution inhibitors, plasticizers, Stabilizers, colorants, antihalation agents and the like can be added.

なお、このポジ型レジスト組成物は、特にArFエキシマレーザー用のポジ型レジスト組成物として有用であるが、それより短波長のFレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、電子線、X線、軟X線などの放射線に対しても有効である。 Although this positive resist composition is particularly useful as a positive resist composition for ArF excimer laser, it has a shorter wavelength F 2 laser, EUV (extreme ultraviolet), VUV (vacuum ultraviolet), electron beam. It is also effective for radiation such as X-rays and soft X-rays.

ところで、上述のパターン倒れはArFエキシマレーザーより短波長の光源にて微細なレジストパターンを形成する場合の特有の問題である。解像性を向上させるためには、パターン断面形状を矩形にすることが好ましい。このためにはArF用レジスト組成物の溶解コントラストを高くする必要がある。しかし、溶解コントラストが高いと、従来のArF用のレジスト組成物では、パターンの側壁部分で、本来溶けだしてはいけない部分も部分的に溶解して、側壁部分が荒れた形状になることがある。この傾向がさらに進むとパターン幅が部分的に細くなって、パターン倒れが発生すると推測される。また、レジストパターンの強度が弱いとやはりパターン倒れが発生すると推測される。
これに対して、本発明のポジ型レジスト組成物を用いると、溶解コントラストが良好(感度が良好)であるにもかかわらず、パターン倒れが発生し難い。
その理由は以下のように推測される。
本発明のポジ型レジスト組成物は、樹脂成分が星型分岐ポリマーを含有しているので、基板等にレジストを塗布し、マスクパターンを介して露光、加熱、現像したとき、未露光部では、星型分岐ポリマーが立体形状を維持していると推測される。すなわち、星型分岐ポリマー同士、あるいは星型分岐ポリマーとその他の線状ポリマーが絡み合って強固な立体形状を維持することができる。
一方、露光部では樹脂成分のアルカリに対する溶解性が向上しているので、加熱により酸が作用して、現像液に容易に溶解する。特に、星型分岐ポリマーが酸解離性溶解抑制基を有しているとこの傾向が顕著となる。よって、レジストの露光部と未露光部の溶解コントラストを高くすることができると考えられる。
一方、パターン倒れに関しては、本発明における樹脂成分が星型分岐ポリマーを含有しているため、未露光部では、ポリマー同士が強固に絡み合っているためか、立体形状をしっかり維持して、未露光部でポリマーが抜け落ちることなく、レジスト側壁部の荒れも少なく、従って、レジストパターンの断面形状が矩形で、露光部では底までしっかりと溶解しているにもかかわらず、パターン倒れが発生し難いという効果を有する。
By the way, the above-mentioned pattern collapse is a particular problem when a fine resist pattern is formed with a light source having a shorter wavelength than that of an ArF excimer laser. In order to improve the resolution, it is preferable that the pattern cross-sectional shape is rectangular. For this purpose, it is necessary to increase the dissolution contrast of the ArF resist composition. However, when the dissolution contrast is high, in the conventional ArF resist composition, the side wall portion of the pattern may be partially dissolved, and the side wall portion may have a rough shape. As this tendency further progresses, the pattern width is partially narrowed, and it is assumed that pattern collapse occurs. In addition, if the resist pattern is weak, it is presumed that pattern collapse occurs.
On the other hand, when the positive resist composition of the present invention is used, the pattern collapse hardly occurs although the dissolution contrast is good (sensitivity is good).
The reason is presumed as follows.
In the positive resist composition of the present invention, since the resin component contains a star-shaped branched polymer, when a resist is applied to a substrate or the like and exposed, heated, and developed through a mask pattern, It is presumed that the star-shaped branched polymer maintains a three-dimensional shape. That is, the star-shaped branched polymers or the star-shaped branched polymer and other linear polymers can be entangled with each other to maintain a strong three-dimensional shape.
On the other hand, since the solubility of the resin component in the alkali is improved in the exposed portion, the acid acts by heating and is easily dissolved in the developer. In particular, this tendency becomes remarkable when the star-shaped branched polymer has an acid dissociable, dissolution inhibiting group. Therefore, it is considered that the dissolution contrast between the exposed portion and the unexposed portion of the resist can be increased.
On the other hand, regarding pattern collapse, since the resin component in the present invention contains a star-shaped branched polymer, in the unexposed part, the polymer is firmly entangled with each other, or the solid shape is firmly maintained and unexposed. The polymer does not fall off at the area, and the resist side wall is less rough. Therefore, the resist pattern has a rectangular cross-sectional shape and the exposed area is firmly dissolved to the bottom. Has an effect.

また、星型分岐ポリマーを用いた樹脂成分は、分子量が小さくても未露光部では溶解し難く、一方、露光部では酸によりアルカリ可溶性が増大するので、分子量が小さいとより溶解性の高いものとなる。従って、分子量を小さくすることで溶解コントラストの高いものとすることができる。
また、多官能性連鎖移動剤を用いて星型分岐ポリマーとしたものは、分子量のコントロールが可能で、従来のものより分子量を小さくできるという効果を有する。
また、上記のように、レジスト断面形状がきれいな矩形となっていることが、解像性の向上、焦点深度(DOF)の増加にもつながっていると考えられる。従って、解像性、マスクリニアリティー、DOF、パターン倒れの抑制効果を向上させることができる。
現在、より高度の微細化を迫られているArFレジストは薄膜化が必至であるが、従来のレジストでは、例えば、100〜150nmというような薄膜にするとレジストの溶解コントラストが不充分となり、満足の得られる形状を有するパターンが得られ難い場合がある。これに対して、本発明のポジ型レジスト組成物を用いると、充分な溶解コントラストを有しているので、良好なパターンを得ることが可能となる。
In addition, resin components using star-shaped branched polymers are difficult to dissolve in the unexposed areas even if the molecular weight is small. On the other hand, alkali solubility is increased by acid in the exposed areas. It becomes. Therefore, a high dissolution contrast can be achieved by reducing the molecular weight.
In addition, a polymer having a star-shaped branched polymer using a polyfunctional chain transfer agent can control the molecular weight, and has an effect that the molecular weight can be made smaller than that of a conventional one.
In addition, as described above, the fact that the resist cross-sectional shape is a clean rectangle is thought to lead to improved resolution and increased depth of focus (DOF). Therefore, it is possible to improve the resolution, mask linearity, DOF, and the effect of suppressing pattern collapse.
At present, the ArF resist, which is required to have a higher degree of miniaturization, must be thinned. However, with conventional resists, for example, a thin film such as 100 to 150 nm results in insufficient resist dissolution contrast, which is satisfactory. It may be difficult to obtain a pattern having the obtained shape. On the other hand, when the positive resist composition of the present invention is used, a satisfactory pattern can be obtained because it has a sufficient dissolution contrast.

<レジストパターン形成方法>
本発明のレジストパターン形成方法は、例えば以下の様にして行うことができる。
すなわち、まずシリコンウェーハのような基板上に、上記ポジ型レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、80〜150℃の温度条件下、プレベークを40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施し、これに例えばArF露光装置などにより、ArFエキシマレーザー光を所望のマスクパターンを介して選択的に露光した後、PEB(露光後加熱)を施す。
その後、これをアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理することにより、マスクパターンの形状が転写されたレジストパターンが得られる。
なお、基板とレジスト組成物の塗布層との間には、有機系または無機系の反射防止膜を設けることもできる。
レジスト層の膜厚は、特に制限はないが、現像コントラストと耐エッチングの点から、200〜400nmであることが好ましい。
<Resist pattern formation method>
The resist pattern forming method of the present invention can be performed, for example, as follows.
That is, first, the positive resist composition is applied onto a substrate such as a silicon wafer with a spinner and prebaked for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds under a temperature condition of 80 to 150 ° C. Then, for example, ArF excimer laser light is selectively exposed through a desired mask pattern by an ArF exposure apparatus or the like, and then subjected to PEB (post-exposure heating).
Thereafter, this is developed using an alkali developer, for example, an aqueous solution of 0.1 to 10% by mass of tetramethylammonium hydroxide to obtain a resist pattern to which the shape of the mask pattern has been transferred.
An organic or inorganic antireflection film can be provided between the substrate and the coating layer of the resist composition.
The thickness of the resist layer is not particularly limited, but is preferably 200 to 400 nm from the viewpoint of development contrast and etching resistance.

以下に、実施例を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
(実施例1)
窒素吹き込み管と還流器と、滴下ロートと温度計を取り付けた4口フラスコにテトラヒドロフラン100質量部、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート45質量部、γ−ブチロラクトニルメタクリレート30質量部と3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート25質量部、連鎖移動剤として、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)5質量部を入れ、窒素置換した後、攪拌しながら70℃に昇温した。その温度を維持しつつ、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.2質量部を1質量部のテトラヒドロフランに溶解させた重合開始剤溶液を10分かけて滴下した。滴下終了後、その温度に維持しつつ5時間攪拌を続けて、重合を完了した。
得られた重合体溶液をテトラヒドロフランで約1.5倍に希釈した後、水中に滴下して析出物を得た。この析出物をろ別、洗浄、乾燥して星型分岐ランダムコポリマー(GPC重量平均分子量7,500,分散度1.7)を得た。
得られた重合体が星型分岐コポリマーであることは分岐パラメータgが約0.7であることから確認した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(Example 1)
100 parts by mass of tetrahydrofuran, 45 parts by mass of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, 30 parts by mass of γ-butyrolactonyl methacrylate and 3- 25 parts by mass of hydroxy-1-adamantyl methacrylate and 5 parts by mass of pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate) were added as a chain transfer agent, and the temperature was raised to 70 ° C. with stirring. While maintaining the temperature, a polymerization initiator solution in which 0.2 parts by mass of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was dissolved in 1 part by mass of tetrahydrofuran was dropped over 10 minutes. After completion of dropping, stirring was continued for 5 hours while maintaining the temperature to complete the polymerization.
The obtained polymer solution was diluted about 1.5 times with tetrahydrofuran and then dropped into water to obtain a precipitate. This precipitate was filtered, washed and dried to obtain a star-shaped branched random copolymer (GPC weight average molecular weight 7,500, dispersity 1.7).
It was confirmed from the fact that the obtained polymer was a star-shaped branched copolymer because the branching parameter g was about 0.7.

A成分:上記で得られた星型分岐ランダムコポリマー 100質量部、
B成分:トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォネート
3.6質量部、
C成分:PGMEA/ELの混合溶剤(混合比6/4) 900質量部
D成分:トリエタノールアミン 0.3質量部
を混合、溶解してポジ型レジスト組成物を製造した。
Component A: 100 parts by mass of the star-shaped branched random copolymer obtained above,
Component B: triphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate
3.6 parts by mass,
Component C: PGMEA / EL mixed solvent (mixing ratio 6/4) 900 parts by mass D component: Triethanolamine 0.3 parts by mass was mixed and dissolved to produce a positive resist composition.

ついで、このポジ型レジスト組成物をスピンナーを用いて下地膜として有機反射防止膜AR−19(商品名、シップレー社製)膜を215℃で90秒間加熱して82nm膜厚にて設けたシリコンウェーハ上に塗布し、ホットプレート上で115℃、90秒間プレベーク(PAB処理)し、乾燥することにより、膜厚350nmのレジスト層を形成した。
ついで、ArF露光装置 NSR-S302(ニコン社製NA(開口数)=0.60、2/3輪帯照明)により、ArFエキシマレーザー(193nm)を、マスクパターンを介して選択的に照射した。
そして、110℃、90秒間の条件でPEB処理し、2.38質量%NMD−3(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液)で、23℃の温度条件下で60秒間パドル現像し、その後20秒間水洗して乾燥してレジストパターンを形成した。
Next, a silicon wafer provided with a film thickness of 82 nm by heating the organic antireflection film AR-19 (trade name, manufactured by Shipley) for 90 seconds at 215 ° C. using the positive resist composition as a base film using a spinner. The resist layer having a thickness of 350 nm was formed by applying the coating on the substrate, prebaking (PAB treatment) at 115 ° C. for 90 seconds on a hot plate, and drying.
Subsequently, ArF excimer laser (193 nm) was selectively irradiated through the mask pattern by an ArF exposure apparatus NSR-S302 (NA (numerical aperture) = 0.60, 2/3 annular illumination manufactured by Nikon Corporation).
Then, PEB treatment was performed at 110 ° C. for 90 seconds, paddle development was performed with 2.38 mass% NMD-3 (tetramethylammonium hydroxide aqueous solution) at 23 ° C. for 60 seconds, and then washed with water for 20 seconds. And dried to form a resist pattern.

レジストパターンの形状は、パターン間隔を1:1としたDenseタイプで、幅および間隔を110nmと120nmの2種を形成した。
感度(パターンが正常に形成された最低露光量)は20.0mJ/cmであり、限界解像度は110nmであった。また、上記120nmパターンの焦点深度(DOF)は900nmであった。パターンの断面形状は側壁が基板に垂直に立ち上がった矩形状であった。
The resist pattern shape was a dense type with a pattern interval of 1: 1, and two widths and intervals of 110 nm and 120 nm were formed.
The sensitivity (minimum exposure amount at which the pattern was normally formed) was 20.0 mJ / cm 2 , and the limit resolution was 110 nm. Moreover, the focal depth (DOF) of the 120 nm pattern was 900 nm. The cross-sectional shape of the pattern was a rectangular shape with the side walls rising perpendicular to the substrate.

(実施例2)
以下のAないしD成分を混合、溶解してポジ型レジスト組成物を製造した。
A成分として、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)5質量部の存在下、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート45質量部、式(IV)においてRがメチル基である構造単位を与えるメタクリレート単量体30質量部と3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート25質量部を滴下重合して得た星型分岐ランダムコポリマー(質量平均分子量7500、分散度1.7)100質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてポジ型レジスト組成物を得、次いで、実施例1と同様にしてレジストパターンを形成し、幅120nm、パターン間隔1:1のパターンを形成した。
得られたパターンの限界解像度は120nmであった。パターンの断面形状は側壁が基板に垂直に立ち上がった矩形状であり、限界解像度以上で得られたパターンはいずれにもパターン倒れが見られなかった。
(Example 2)
The following A to D components were mixed and dissolved to produce a positive resist composition.
As component A, in the presence of 5 parts by mass of pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate), 45 parts by mass of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate, a single amount of methacrylate that gives a structural unit in which R is a methyl group in formula (IV) Example, except that 100 parts by mass of a star-shaped branched random copolymer (mass average molecular weight 7500, dispersity 1.7) obtained by dropwise polymerization of 30 parts by mass of the product and 25 parts by mass of 3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate was used. A positive resist composition was obtained in the same manner as in Example 1, and then a resist pattern was formed in the same manner as in Example 1 to form a pattern having a width of 120 nm and a pattern interval of 1: 1.
The limiting resolution of the obtained pattern was 120 nm. The cross-sectional shape of the pattern was a rectangular shape with the sidewalls rising perpendicular to the substrate, and no pattern collapse was observed in any of the patterns obtained at the limit resolution or higher.

(実施例3〜5)
実施例2において、星型分岐ランダムコポリマー形成にあたって、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)の代わりに、トリメチロールメタントリス(2−メルカプトアセテート)(実施例3)、トリメチロールメタントリス(3−メルカプトプロピオネート)(実施例4)、1,2,3−トリヒドロキシプロパントリス(2−メルカプトアセテート)(実施例5)をそれぞれ同量用いた以外は実施例2と同様にした。
得られたパターンの限界解像度は、いずれも130nmであった。また、パターンの断面形状はいずれも側壁が基板に垂直に立ち上がった矩形状であり、限界解像度以上で得られたパターンはいずれにもパターン倒れが見られなかった。
(Examples 3 to 5)
In Example 2, instead of pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate), trimethylolmethanetris (2-mercaptoacetate) (Example 3), trimethylolmethanetris (3-mercapto) was used instead of pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate). Propionate) (Example 4) and 1,2,3-trihydroxypropanetris (2-mercaptoacetate) (Example 5) were used in the same manner as in Example 2 except that the same amount was used.
The limit resolution of the obtained pattern was 130 nm in all cases. In addition, the cross-sectional shapes of the patterns were all rectangular with the side walls rising perpendicular to the substrate, and no pattern collapse was observed in any of the patterns obtained at the limit resolution or higher.

(実施例6)
以下のAないしD成分を混合、溶解してポジ型レジスト組成物を製造した。
A成分として、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)5質量部の存在下、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート45質量部、式(IV)においてRが水素原子である構造単位を与えるアクリレート単量体30質量部と3−ヒドロキシ−1−アダマンチルアクリレート(一般式(VII)においてRが水素原子のモノマーに相当)25質量部を滴下重合して得た星型分岐ランダムコポリマー(重量平均分子量7000、分散度1.8)100質量部を用いた以外は実施例1と同様にしてポジ型レジスト組成物を得、次いで、実施例1において、PABとPEBをともに85℃に変えた以外は、同様にしてレジストパターンを形成し、幅160nm、パターン間隔1:1のパターンを形成した。
得られたパターンの限界解像度は160nmであった。パターンの断面形状は側壁が基板に垂直に立ち上がった矩形状であり、限界解像度以上で得られたパターンはいずれにもパターン倒れが見られなかった。
(Example 6)
The following A to D components were mixed and dissolved to produce a positive resist composition.
As an A component, in the presence of 5 parts by mass of pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate), 45 parts by mass of 2-methyl-2-adamantyl acrylate, and an acrylate monomer that gives a structural unit in which R is a hydrogen atom in formula (IV) 30 parts by mass of a star-shaped branched random copolymer (weight average molecular weight of 7000) obtained by dropwise polymerization of 30 parts by mass and 25 parts by mass of 3-hydroxy-1-adamantyl acrylate (in the general formula (VII), R corresponds to a monomer having a hydrogen atom) Dispersion 1.8) A positive resist composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by mass was used. Then, in Example 1, except that both PAB and PEB were changed to 85 ° C. Then, a resist pattern was formed, and a pattern having a width of 160 nm and a pattern interval of 1: 1 was formed.
The limiting resolution of the obtained pattern was 160 nm. The cross-sectional shape of the pattern was a rectangular shape with the sidewalls rising perpendicular to the substrate, and no pattern collapse was observed in any of the patterns obtained at the limit resolution or higher.

(比較例1)
以下のAないしD成分を混合、溶解してポジ型レジスト組成物を製造した。A成分:実施例1のA成分において、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)を用いず、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3.5質量部を加えて重合を開始し、5時間その温度を維持して
2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート 45質量部、
γ−ブチロラクトニルメタクリレート(一般式(VI)においてRがメチル基のモノマーに相当) 30質量部、
3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(一般式(VII)においてRがメチル基のモノマーに相当) 20質量部
1−アダマンチルメタクリレート(一般式(IX)においてRがメチル基のモノマーに相当) 5質量部
を共重合して得たランダム共重合体(重量平均分子量約10,000、分散度1.8)
100質量部、
B成分:トリフェニルスルフォニウムノナフルオロブタンスルフォネート
3.6質量部、
C成分:PGMEA/ELの混合溶剤(混合比6/4) 900質量部
D成分:トリエタノールアミン 0.3質量部
(Comparative Example 1)
The following A to D components were mixed and dissolved to produce a positive resist composition. Component A: In Component A of Example 1, pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate) was not used, and 3.5 parts by mass of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) was added as a polymerization initiator. Polymerization was started, and the temperature was maintained for 5 hours. 45 parts by mass of 2-methyl-2-adamantyl methacrylate
30 parts by mass of γ-butyrolactonyl methacrylate (corresponding to a monomer in which R is a methyl group in the general formula (VI))
3-hydroxy-1-adamantyl methacrylate (in the general formula (VII), R corresponds to a monomer having a methyl group) 20 parts by mass 1-adamantyl methacrylate (in the general formula (IX), R corresponds to a monomer having a methyl group) 5 parts by mass Random copolymer obtained by copolymerization (weight average molecular weight about 10,000, dispersity 1.8)
100 parts by mass,
Component B: triphenylsulfonium nonafluorobutane sulfonate
3.6 parts by mass,
Component C: PGMEA / EL mixed solvent (mixing ratio 6/4) 900 parts by mass Component D: Triethanolamine 0.3 parts by mass

ついで、このポジ型レジスト組成物を用い、PAB処理温度、PEB処理温度をそれぞれ125℃とした以外は実施例1と同様にして、レジストパターンを形成した。
感度は17.0mJ/cmであり、限界解像度は120nmであった。また、焦点深度(DOF)は500nmであった。
パターンの断面形状は側壁の上側が細く、下側が太いテーパー形状であった。
また、焦点をずらしたときパターン倒れが顕著に表れ、露光オーバーとなるとパターン倒れが生じていた。
Next, using this positive resist composition, a resist pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that the PAB treatment temperature and the PEB treatment temperature were 125 ° C., respectively.
The sensitivity was 17.0 mJ / cm 2 and the limiting resolution was 120 nm. The depth of focus (DOF) was 500 nm.
The cross-sectional shape of the pattern was a tapered shape in which the upper side of the side wall was thin and the lower side was thick.
In addition, the pattern collapsed noticeably when the focus was shifted, and the pattern collapsed when overexposed.

実施例1〜6のレジストは、DOFがいずれも600nm以上である。また、いずれも矩形断面のパターンが得られることが分かる。また、これらを100〜150nmというような薄膜にした場合も、レジストの露光部と未露光部の溶解コントラストがクリアで、良好なパターンとなる。
これに対して、比較例1のレジストはDOFが500nmと浅く、断面形状もテーパー状であり、150nmの厚みとしたときは、良好なコントラストのパターンは得られないものであった。
The resists of Examples 1 to 6 each have a DOF of 600 nm or more. Moreover, it turns out that the pattern of a rectangular cross section is obtained in any case. Further, even when these are formed as thin films of 100 to 150 nm, the dissolution contrast between the exposed and unexposed portions of the resist is clear and a good pattern is obtained.
On the other hand, the resist of Comparative Example 1 has a shallow DOF of 500 nm and has a tapered cross-sectional shape. When the thickness is 150 nm, a good contrast pattern cannot be obtained.

Claims (12)

低級アルキル分子から3方以上にポリマー鎖が延びた星型分岐ポリマーを含むことを特徴とする、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂成分(A1)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)と、有機溶剤(C)とを含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。   A resin component (A1) that increases the solubility in alkali by the action of an acid, and an acid that generates an acid upon exposure, comprising a star-shaped branched polymer having a polymer chain extending in three or more directions from a lower alkyl molecule A positive resist composition comprising a generator component (B) and an organic solvent (C). 3官能以上の多官能性連鎖移動剤の存在下、(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体の重合により得られる星型分岐ポリマーを含むことを特徴とする、酸の作用によりアルカリに対する溶解性が増大する樹脂成分(A2)と、露光により酸を発生する酸発生剤成分(B)と、有機溶剤(C)とを含有することを特徴とするポジ型レジスト組成物。   Solubility in alkali by the action of an acid, characterized by containing a star-shaped branched polymer obtained by polymerization of a monomer containing a (meth) acrylic acid ester in the presence of a trifunctional or higher polyfunctional chain transfer agent A positive resist composition comprising: a resin component (A2) that increases the amount of acid; an acid generator component (B) that generates acid upon exposure; and an organic solvent (C). 前記3官能以上の多官能性連鎖移動剤が、3官能以上のメルカプタン化合物であることを特徴とする請求項2記載のポジ型レジスト組成物。   3. The positive resist composition according to claim 2, wherein the trifunctional or higher functional chain transfer agent is a trifunctional or higher functional mercaptan compound. 前記3官能以上のメルカプタン化合物が、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)であることを特徴とする請求項3記載のポジ型レジスト組成物。   4. The positive resist composition according to claim 3, wherein the trifunctional or higher functional mercaptan compound is pentaerythritol tetrakis (2-mercaptoacetate). 前記樹脂成分(A1)又は(A2)が、酸解離性溶解抑制基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位(a1)を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。   The resin component (A1) or (A2) contains a structural unit (a1) derived from a (meth) acrylic acid ester containing an acid dissociable, dissolution inhibiting group. 2. The positive resist composition according to item 1. 前記構成単位(a1)が下記一般式(I)、(II)及び(III)からなる群より選択される少なくとも1種である請求項5記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子またはメチル基、Rは炭素数1以上の低級アルキル基である)
Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子またはメチル基、R及びRはそれぞれ独立に低級アルキル基である)
Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子またはメチル基、Rは第3級アルキル基である。)
6. The positive resist composition according to claim 5, wherein the structural unit (a1) is at least one selected from the group consisting of the following general formulas (I), (II) and (III).
Figure 2005070742
(Wherein R is a hydrogen atom or a methyl group, and R 1 is a lower alkyl group having 1 or more carbon atoms)
Figure 2005070742
(Wherein R is a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 and R 3 are each independently a lower alkyl group)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group, and R 4 is a tertiary alkyl group.)
前記樹脂成分(A1)又は(A2)が、さらにラクトン含有単環または多環式基を含む(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位(a2)を含有することを特徴とする請求項5又は6記載のポジ型レジスト組成物。   The resin component (A1) or (A2) further contains a structural unit (a2) derived from a (meth) acrylic acid ester containing a lactone-containing monocyclic or polycyclic group. 6. The positive resist composition according to 6. 前記構成単位(a2)が以下の構造式(IV)〜(VI)からなる構成単位から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項7記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
The positive resist composition according to claim 7, wherein the structural unit (a2) is at least one selected from structural units consisting of the following structural formulas (IV) to (VI).
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)
前記樹脂成分(A1)又は(A2)が、さらに水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位(a3)を含有することを特徴とする請求項5〜8のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。   The said resin component (A1) or (A2) contains the structural unit (a3) derived from the (meth) acrylic acid ester which has a hydroxyl group further, The any one of Claims 5-8 characterized by the above-mentioned. A positive resist composition. 前記構成単位(a3)が以下の一般式(VII)で表される構成単位であることを特徴とする請求項9記載のポジ型レジスト組成物。
Figure 2005070742
(式中、Rは水素原子又はメチル基である。)
The positive resist composition according to claim 9, wherein the structural unit (a3) is a structural unit represented by the following general formula (VII).
Figure 2005070742
(In the formula, R is a hydrogen atom or a methyl group.)
さらにアミン(D)を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物。   The positive resist composition according to claim 1, further comprising an amine (D). 請求項1〜11のいずれか1項に記載のポジ型レジスト組成物からなる層を基板上に設け、これにプレベークを施し、選択的に露光した後、PEB(露光後加熱)を施し、アルカリ現像することを特徴とするレジストパターン形成方法。
A layer made of the positive resist composition according to any one of claims 1 to 11 is provided on a substrate, pre-baked on the layer, selectively exposed, then subjected to PEB (post-exposure heating), and alkali A resist pattern forming method comprising developing the resist pattern.
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