JP2006335774A - Method for producing fluorine-containing polymer for resist - Google Patents
Method for producing fluorine-containing polymer for resist Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006335774A JP2006335774A JP2003007683A JP2003007683A JP2006335774A JP 2006335774 A JP2006335774 A JP 2006335774A JP 2003007683 A JP2003007683 A JP 2003007683A JP 2003007683 A JP2003007683 A JP 2003007683A JP 2006335774 A JP2006335774 A JP 2006335774A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- fluorine
- acid
- monomer
- polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 0 C*C1(*)C(*)(C2)C(C)(CC3)C4[C@](*)C(C(C)(C)CC5)C#CCC(C)(C)C5(*C5)C4C35[C@]2(C)*1* Chemical compound C*C1(*)C(*)(C2)C(C)(CC3)C4[C@](*)C(C(C)(C)CC5)C#CCC(C)(C)C5(*C5)C4C35[C@]2(C)*1* 0.000 description 3
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F14/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
- C08F14/18—Monomers containing fluorine
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含フッ素重合体の新規な製造方法、さらには真空紫外領域、特にF2レーザー(157nm)光において透明でかつアルカリ現像液に対する溶解性に優れたフォトレジスト用の含フッ素重合体の製造方法および該フォトレジスト用含フッ素重合体を含むフォトレジスト組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
大規模集積回路(LSI)の高集積化の必要性が高まるにつれて、フォトリソグラフィー技術において微細加工技術が求められている。この要求に対して、従来のg線(波長436nm)やi線(波長365nm)よりも短波長である遠紫外線、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)を露光光源として利用することが試みられており、実用化されつつある。
【0003】
最近、さらなる超微細加工技術として真空紫外領域のF2レーザー光(波長157nm)を利用したプロセスが検討されつつあり、今後のテクノロジーノード0.07μmを目指した露光技術として有望視されている。
【0004】
このような従来のフォトリソグラフィーに用いられるレジスト用樹脂の例としては、フェノール性樹脂の水酸基の一部または全部をアセタールやケタールなどの保護基で保護したもの(KrFレジスト)、メタクリル酸系樹脂のカルボキシル基に酸解離性のエステル基を導入したもの(ArFレジスト)などがあげられる。
【0005】
しかしながら、これら従来のレジスト用重合体は、真空紫外の波長領域では強い吸収をもち、より超微細パターン化プロセスとして利用が検討されている波長157nmのF2レーザー光において透明性が低い(吸光係数が大きい)という根本的な問題がある。したがって、F2レーザーで露光するためにはレジストの膜厚を極端に薄くする必要があり、事実上、単層のF2レジストとしての使用は困難である。
【0006】
そこで、F2レーザー光に対して透明性が高い含フッ素重合体を用いたレジストの検討が行なわれている。
【0007】
その中でも、テトラフルオロエチレンなどで代表される炭素数2または3のフルオロオレフィンを共重合したフッ素重合体および/または主鎖に環構造を有する含フッ素重合体が、透明性およびドライエッチング耐性の両面で好ましく、レジスト重合体として有用である。
【0008】
これらのフッ素系レジストとして、酸で反応する官能基を有するレジスト用含フッ素重合体、それを利用したレジスト用組成物が提案されている(たとえば特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
【0009】
これら特許文献においては、テトラフルオロエチレンに代表されるフルオロオレフィンとノルボルネン(またはノルボルネン誘導体)に代表される脂環式単量体との共重合体が具体的に記載されているが、アルカリ現像液、詳しくはテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(「TMAH水溶液」と略す)に対する溶解性については定量的な検討はされていない。
【0010】
【特許文献1】
国際公開第00/17712号パンフレット
【特許文献2】
国際公開第00/67072号パンフレット
【特許文献3】
国際公開第01/74916号パンフレット
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、これら問題点を鑑みて鋭意研究し、フルオロオレフィンや主鎖に環構造を形成する単量体をラジカル(共)重合して酸反応性基を有するレジスト用含フッ素重合体を得る際、特定の連鎖移動剤を用いてラジカル(共)重合することにより、レジスト用含フッ素重合体が効率的に得られ、しかも含フッ素重合体のアルカリ現像液(TMAH水溶液)に対する溶解性が飛躍的に向上することを見出した。
【0012】
本発明の第1の目的は、フルオロオレフィンや主鎖に環構造を形成する単量体を特定の連鎖移動剤を用いてラジカル(共)重合することにより、F2レーザー光における透明性に優れたレジスト用含フッ素重合体を製造する方法を提供することにある。
【0013】
本発明の第2の目的は、フルオロオレフィンと特定の官能基を有しかつ主鎖に環構造を形成する特定の単量体をかかる製造方法により共重合することにより、F2レーザー光における透明性に優れ、かつアルカリ現像液(TMAH水溶液)に対する溶解性に優れたレジスト用含フッ素重合体を提供することにある。
【0014】
本発明の第3の目的は、透明性に優れ、かつアルカリ現像液(TMAH水溶液)に対する溶解性に優れた含フッ素重合体を含むレジスト用、特にF2レジスト用組成物を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
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、従来の方法で製造した含フッ素重合体に比べて、特定の連鎖移動剤を用いて得られる含フッ素共重合体をフォトレジスト樹脂として用いると、アルカリ現像液(TMAH水溶液)に対する溶解性が飛躍的に向上することを見出した。さらに、その中の特定の官能基を有する主鎖に脂肪族環構造を有する特定の含フッ素重合体であって、TMAH水溶液に対する溶解速度がQCM測定法で測定して特定値以上のものを用いることで超微細加工プロセスで使用する場合、高解像度のパターン形成が可能となる点で、特に有用であることを見出した。
【0016】
本発明の第1は、重合体主鎖に脂肪族環構造の繰り返し単位(M2)を有する含フッ素重合体であって、かつ重合体中に酸で反応する酸反応性基Y1または酸反応性基Y1に変換可能な基Y2を有するレジスト用含フッ素重合体を得るに当たり、該重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)を含む単量体混合物をラジカル重合開始剤の存在下、式(1):
R−(X)n
(式中、Rは炭素数1〜20のエーテル結合を含んでいても良い炭化水素基から選ばれるものであって、水素原子の一部がフッ素原子で置換されていても良い炭化水素基;Xは酸素原子含有の官能基および置換または非置換アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基;nは1〜4の整数)で示される特定の官能基を有する連鎖移動剤を共存させてラジカル重合することを特徴とするアルカリ現像液に対する溶解性に優れたレジスト用含フッ素重合体の製造方法に関する。
【0017】
本発明の製造方法によれば、得られる含フッ素重合体が真空紫外領域の光線に対する透明性に優れ、なおかつ現像液溶解性に優れている。
【0018】
本発明の第2は、(A−1)OH基、酸でOH基に変換できる酸解離性官能基、COOH基、または酸で解離してCOOH基に変化させることができる酸解離性官能基の少なくとも1種の酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体、
(B)光酸発生剤、および
(C)溶剤
からなる組成物であって、該含フッ素重合体(A−1)が、本発明の第1に記載の製造方法で得られる重合体であるフォトレジスト組成物に関する。
【0019】
かかるフォトレジスト組成物は、真空紫外光の透明性に優れかつアルカリ現像液に対する溶解性に優れたレジスト膜を与え、超微細加工プロセスで使用する場合に高解像度のパターン形成が可能となるため、特に有用なフォトレジスト組成物である。
【0020】
本発明の第3は、OH基を有し、なおかつ現像液への溶解性を付与する官能基としてはOH基のみを有する重合体主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体であって、該重合体が式(M−3):
−(M1)−(M2−3)−(M2)−(N)− (M−3)
(式中、構造単位M1は炭素数2または3のエチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する含フッ素エチレン性単量体(m1)由来の繰り返し単位;構造単位M2−3はOH基を有するフッ素原子を有していても良いノルボルネン誘導体(m2−3)由来の繰り返し単位;構造単位M2は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、(m2−3)および単量体(m2)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位)で示され、構造単位M1を24〜70モル%、構造単位M2−3を1〜70モル%、構造単位M2−4を0〜69モル%、構造単位Nを0〜20モル%含み、かつ(M1)+(M2−3)+(M2−4)=100としたとき(M1)/{(M2−3)+(M2−4)}が30/70〜70/30モル比である数平均分子量で1000〜50000の含フッ素重合体であって、該含フッ素重合体の後述するQCM測定法で測定した、2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に対する溶解速度が500nm/sec以上である現像液に対する溶解性が優れたレジスト用含フッ素重合体に関する。
【0021】
かかるレジスト用含フッ素重合体は、真空紫外光の透明性に特に優れ、かつアルカリ現像液に対する溶解性に優れたレジスト膜を与え、超微細加工プロセスで使用する場合に高解像度のパターン形成が可能となるため、特に有用な重合体である。
【0022】
本発明の第4は、(A−2)OH基または酸でOH基に変換できる酸解離性官能基の少なくとも1種の酸反応性基Y4を有する含フッ素重合体、
(B)光酸発生剤、および
(C)溶剤
からなるフォトレジスト組成物であって、該含フッ素重合体(A−2)が本発明の第3の発明で得られたレジスト用含フッ素重合体であるフォトレジスト組成物に関する。
【0023】
かかるフォトレジスト組成物およびレジスト被膜は、真空紫外光の透明性にさらに優れかつアルカリ現像液に対する溶解性に優れたレジスト膜を与え、F2フォトリソグラフィープロセスで使用する場合に超微細な高解像度の超微細パターン形成が可能となるため、特に有用なフォトレジスト組成物である。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の製造方法によって製造される含フッ素重合体は、重合体主鎖に脂肪族環構造の繰り返し単位(M2)を有する含フッ素重合体であって、言い換えれば重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得るフッ素原子を含んでいてもよい単量体(m2)に由来する繰り返し単位(M2)を重合体中に必須成分として有し、かつ酸反応性基Y1または酸反応性基変換基Y2(以下、併せて「酸反応性官能基Y」ということもある)を有する含フッ素重合体である。また、任意の繰り返し単位(N)をさらに含んでいてもよい。
【0025】
また詳しくは後述するが、製造される含フッ素重合体の好ましくは、重合体主鎖に脂肪族環構造の繰り返し単位(M2)に加え、さらに炭素数2または3のエチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する含フッ素エチレン性単量体(m1)由来の繰り返し単位(M1)を有し、かつ酸反応性基Y1または酸反応性基変換基Y2(以下、併せて「酸反応性官能基Y」ということもある)を有する含フッ素重合体である。また、任意の繰り返し単位(N1、N)をさらに含んでいてもよい。(式(M−1)の含フッ素重合体)
【0026】
なお、本発明で得られる含フッ素重合体中のフッ素原子は、単量体(m2)(または単量体(m1))に必ず由来するものとは限らず、他の任意の共単量体(n1、nなど)に由来するものであってもよい。
【0027】
重合体中に酸反応性官能基Yを導入する方法としては、詳しくは後述するが、
(I)脂肪族環構造を形成する単量体(m2)として酸反応性官能基Yを有する単量体(m2−2)(構造単位(M2−2))を共重合する方法、
(II)単量体(m2)以外の単量体であって、酸反応性官能基Yを有する単量体(n1−2)を共重合する方法
などがあげられる。
【0028】
以下、まず連鎖移動剤について説明し、ついでラジカル重合する各単量体について具体的に説明する。
【0029】
本発明の製造方法は、上記の含フッ素重合体を得る際、単量体m2を含む単量体混合物をラジカル重合開始剤の存在下、式(1):
R−(X)n
(式中、Rは炭素数1〜20のエーテル結合を含んでいても良い炭化水素基から選ばれるものであって、水素原子の一部がフッ素原子で置換されていても良い炭化水素基;Xは酸素原子含有の官能基および置換または非置換アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基;nは1〜4の整数)で示される分子内に少なくとも1つの酸素原子含有基または置換もしくは非置換アミノ基を有する連鎖移動剤を用いてラジカル重合することを特徴とする。
【0030】
かかる連鎖移動剤を使用することにより、上記官能基Xをポリマー末端に部分的にも付与でき、それによってポリマー自体の親水性が向上し、本発明の酸反応性官能基Yを有するレジスト用含フッ素重合体(露光後または保護基が脱離したもの)の現像液への溶解性が向上したものと考えられる。
【0031】
従来、レジスト用含フッ素重合体の現像液に対する溶解性は、酸反応性の官能基Y(またはY中の保護基が脱離したもの)に依存していたが、酸反応性の官能基Yの導入のみでは充分な現像特性(解像性)は得られなかった。
【0032】
本発明者らは、レジスト用含フッ素重合体の製造方法を鋭意検討した結果、酸反応性の官能基Yを有する含フッ素重合体の製造時に、上記式(1)の連鎖移動剤を用いることで、現像液への溶解性がさらに大幅に向上し、高解像度の微細パターンの形成を可能にした。
【0033】
本発明の製造方法に用いる連鎖移動剤としては、式(1)に示すとおり、分子内に酸素原子含有基および置換もしくは非置換アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する連鎖移動剤であれば特に限定されるものではないが、以下のものが好ましくあげられる。
【0034】
本発明の製造方法に用いる連鎖移動剤に含まれる官能基Xにおける酸素原子含有基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アシル基、置換オキシ基、置換オキシカルボニル基、置換または非置換カルバモイル基、ヒドロキシイミノ基、置換オキシイミノ基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、ニトロ基などがあげられる。
【0035】
前記置換オキシ基には、たとえばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロヘキシルオキシ基等のアルコキシ基(特にC1-6アルコキシ基);フェノキシ基等のアリールオキシ基;ベンジルオキシ基等のアラルキルオキシ基;アセトキシ基、プロピオニル基、ベンゾイルオキシ基などのアシルオキシ基(特にC1-5脂肪族アシルオキシ基または芳香族アシルオキシ基);メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、t−ブトキシカルボニルオキシ基等のアルコキシカルボニルオキシ基(特にC1-4アルコキシカルボニルオキシ基)等が含まれる。
【0036】
前記置換オキシカルボニル基には、たとえばメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基(特にC1-4アルコキシ−カルボニル基);フェノキシカルボニル基等のアリールオキシカルボニル基;ベンジルオキシカルボニル基等のアラルキルオキシカルボニル基などが含まれる。
【0037】
前記アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、シクロヘキサノイル基等の脂肪族アシル基(特にC1-6脂肪族アシル基);ベンゾイル基等の芳香族アシル基;ピリジンカルボニル基等の複素環式アシル基などがあげられる。
【0038】
置換または非置換カルバモイル基としては、たとえばカルバモイル基;メチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基等のモノまたはジカルバモイル基(特にC1-4アルキルカルバモイル基);1−ピロリジルカルボニル基、ピペリジノカルボニル基、モルフォリノカルボニル基等の環状アミノカルボニル基などがあげられる。前記置換オキシイミノ基には、たとえばメトキシイミノ基、エトキシイミノ基等のアルコキシイミノ基(特にC1-4アルコキシイミノ基);フェノキシイミノ基等のアリールオキシイミノ基;ベンジルオキシイミノ基等のアラルキルオキシイミノ基などが含まれる。
【0039】
前記スルホン酸エステル基としては、たとえばメチルスルホン酸エステル基、エチルスルホン酸エステル基等のアルキルスルホン酸エステル基(特にC1-4アルキルスルホン酸エステル基)などがあげられる。
【0040】
本発明の製造方法に用いる連鎖移動剤に含まれる官能基Xは置換もしくは非置換アミノ基であってもよい。具体的には、たとえばアミノ基;メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のモノまたはジアルキルアミノ基(特にC1-4モノアルキルアミノ基);1−ピロリジニル基、ピペリジノ基、モルフォリノ基等の環状アミノ基などがあげられる。
【0041】
連鎖移動剤に含まれる官能基Xは、上記例示のなかでも、親水性の官能基、または親水性の官能基に変換可能な基であることが好ましい。
【0042】
親水性の官能基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン酸基、非置換アミノ基が好ましくあげられ、なかでもヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン酸基が好ましく、特にヒドロキシル基、カルボキシル基が好ましく、さらに透明性に優れる点でヒドロキシル基であることが最も好ましい。
【0043】
親水性の官能基に変換可能な基とは、酸や塩基、または熱などの作用で、上記例示の親水性の官能基に変換可能な基であり、なかでも酸の作用で親水性の官能基に変換可能な基であることが好ましい。
【0044】
たとえば、
【0045】
【化3】
【0046】
(式中、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R14、R18、R19、R20、R21、R22、R24、R25、R26、R27、R28、R29は同じかまたは異なり、炭素数1〜10の炭化水素基;R13、R15、R16は同じかまたは異なり、Hまたは炭素数1〜10の炭化水素基;R17、R23は同じかまたは異なり、炭素数2〜10の2価の炭化水素基)などがあげられる。
【0047】
上記例示のなかから、t−ブトキシ基、t−ブトキシカルボニル基、t−ブトキシカルボニルオキシ基、メトキシメチル基、エトキシメチル基等が好ましくあげられる。
【0048】
親水性の官能基に変換可能な基のなかでも、ヒドロキシル基、カルボキシル基に変換可能な基であることが好ましく、さらには透明性に優れる点でヒドロキシル基に変換可能な基であることが特に好ましい。
【0049】
前記連鎖移動剤を示す式(1)中における炭化水素基Rは炭素数1〜20の炭化水素基から選ばれるものであって、そのなかにエーテル結合を含んでいても良い。また、水素原子の一部がフッ素原子で置換されていても良い。
【0050】
式(1)の連鎖移動剤における官能基Xはこの炭化水素基R中の同一または異なる炭素原子に1〜4個結合していることが好ましく、ラジカル重合をスムーズに進行させるためには官能基Xは1または2個、さらには1個が炭化水素基Rに結合しているものが好ましい。
【0051】
炭化水素基Rは、なかでも飽和脂肪族炭化水素基(たとえば炭素−炭素二重結合や芳香族基を含まない)であることが透明性に優れる点で好ましい。
【0052】
具体的には、炭素数1〜20の直鎖または分岐状のアルキル基、飽和脂肪族環状構造を有するアルキル基から選ばれる。
【0053】
なかでも、炭化水素基R中に飽和脂肪族環状構造を含む場合、ドライエッチング耐性を改善できる点で好ましい。
【0054】
炭化水素基Rの炭素数は1〜20から選ばれ、好ましくは1〜15、より好ましくは1〜10、さらには1〜6である。炭素数が多くなりすぎるとラジカル重合がスムーズに進行しなくなるため好ましくない。
【0055】
直鎖状または分岐状のアルキル基として具体的には、
【0056】
【化4】
【0057】
などがあげられる。
【0058】
なかでもCH3−、CH3CH2−、CH3CH2CH2−、(CH3)2CH−などが好ましく、より好ましくはCH3−、(CH3)2CH−、さらにはラジカル重合がスムーズに進行する点で、CH3−が最も好ましい。
【0059】
飽和脂肪族環状構造を含むアルキル基として具体的には、
【0060】
【化5】
【0061】
などが好ましくあげられる。
【0062】
本発明の製造法において用いる連鎖移動剤のなかで好ましいものは、アルコール類であり、好ましくは炭素数1〜10のアルコール類、より好ましくは炭素数1〜10の1価のアルコール類である。
【0063】
具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、2−メチルプロパノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、シクロペンタノール、メチルシクロペンタノール、ジメチルシクロペンタノールなどがあげられる。
【0064】
なかでもメタノール、イソプロパノール、t−ブタノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、シクロペンタノール、メチルシクロペンタノールなどが好ましく、特にメタノールが好ましい。
【0065】
つぎに式(1)の連鎖移動剤を使用してラジカル重合する各単量体について説明する。
【0066】
まず、本発明で得られるレジスト用含フッ素重合体の必須成分である、重合体主鎖に脂肪族環構造の構造単位(M2)を与え得るフッ素原子を含んでいてもよい単量体(m2)について説明する。
【0067】
かかる単量体(m2)は、レジスト用途に用いた場合ドライエッチング耐性を向上させる脂肪族環構造の構造単位(M2)を重合体主鎖中に導入することができる。この効果と上記の真空紫外領域の透明性とアルカリ現像液に対する優れた溶解性の改善効果とが合さって、本発明の製法により得られる主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体は、F2レーザー用レジストに特に好ましいものである。
【0068】
単量体(m2)は、ラジカル重合性の炭素−炭素不飽和結合を環構造中に有する不飽和環状化合物から選ばれるものであってもよいし、ジエン化合物の環化重合により主鎖に環構造を形成させることができる非共役ジエン化合物から選ばれるものであってもよい。
【0069】
また単量体(m2)は、その単量体中に酸反応性官能基Yを有していてもよいし有していなくてもよい。
【0070】
この単量体(m2)を(共)重合することによって、主鎖に単環構造または複環構造の脂肪族環構造単位を有する重合体を得ることができる。
【0071】
単量体(m2)の好ましい第1は、ラジカル重合性の炭素−炭素不飽和結合を有し、ポリマー主鎖に単環または複環構造を形成できる単量体であって、かつ酸反応性官能基Yを有さない単量体(m2−1)である。
【0072】
具体的には、酸反応性官能基Yを有さない単環状の脂肪族不飽和炭化水素化合物からなる単量体(m2−1a)、酸反応性官能基Yを有しない複環状の脂肪族不飽和炭化水素化合物からなる単量体(m2−1b)、または後述する酸反応性官能基Yを有しない環化重合可能な非共役ジエン化合物(m2−1c)から選ばれるものである。
【0073】
酸反応性官能基Yを有しない単環状の単量体(m2−1a)は環構造中にエーテル結合を含んでいてもよい3員環〜8員環構造の脂肪族不飽和炭化水素化合物であることが好ましい。
【0074】
単量体(m2−1a)は、具体的には、
【0075】
【化6】
【0076】
などが好ましくあげられる。
【0077】
さらに、これら単量体(m2−1a)の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された単量体であってもよく、たとえば、
【0078】
【化7】
【0079】
などが好ましくあげられる。
【0080】
前記、単量体(m2−1)のもう一方は、重合体主鎖中に脂肪族複環構造を有する構造単位を与え、かつ酸反応性官能基Yを有しない脂肪族複環構造を有する単量体(m2−1b)であり、好ましい単量体(m2−1b)はノルボルネン誘導体である。
【0081】
酸反応性官能基Yを有していない脂肪族複環構造を有する単量体(m2−1b)は、具体的には、
【0082】
【化8】
【0083】
などがあげられる。
【0084】
上記例示のノルボルネン類の環構造にフッ素原子を導入したものであってもよく、フッ素原子を導入することによりドライエッチング耐性を低下させずに透明性を向上できる。
【0085】
具体的には、式:
【0086】
【化9】
【0087】
(式中、A、B、DおよびD’は同じかまたは異なり、いずれもH、F、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10の含フッ素アルキル基;mは0〜3の整数。ただし、A、B、D、D’のいずれか1つはフッ素原子を含む)で示される含フッ素ノルボルネンであり、具体的には、
【0088】
【化10】
【0089】
などで示される含フッ素ノルボルネンがあげられる。
【0090】
そのほか、
【0091】
【化11】
【0092】
などのノルボルネン誘導体もあげられる。
【0093】
単量体(m2)の好ましい第2は、ラジカル重合性の炭素−炭素不飽和結合を有し、ポリマー主鎖に単環または複環構造を形成できる単量体であって、かつ酸反応性官能基Yを有する単量体(m2−2)である。
【0094】
詳しくは、酸反応性官能基Yを有する単環状の脂肪族不飽和炭化水素化合物からなる単量体(m2−2a)、酸反応性官能基Yを有する複環状の脂肪族不飽和炭化水素化合物からなる単量体(m2−2b)、または後述する環化重合可能な非共役ジエン化合物であって酸反応性官能基Yを有する単量体(m2−2c)から選ばれるものである。
【0095】
なかでも酸反応性官能基Yを有する単環状の単量体(m2−2a)は環構造中にエーテル結合を含んでいてもよい3員環〜8員環構造の不飽和炭化水素化合物であることが好ましい。また前述と同様、単量体(m2−2a)の水素原子の一部またはすべてがフッ素原子で置換された単量体であってもよい。
【0096】
酸反応性官能基Yを有する単環状の単量体(m2−2a)は、具体的には、
【0097】
【化12】
【0098】
などの単量体があげられる。
【0099】
前記、酸反応性官能基Yを有する単量体(m2−2)のもう一方は、重合体主鎖中に脂肪族複環構造を有する構造単位を与え、かつ酸反応性官能基Yを有する脂肪族複環構造を含む単量体(m2−2b)であり、好ましい単量体(m2−2b)は酸反応性官能基Yを有するノルボルネン誘導体である。
【0100】
酸反応性官能基Yを有している脂肪族複環構造を含む単量体(m2−2b)は、具体的には、
【0101】
【化13】
【0102】
などがあげられる。
【0103】
さらに酸反応性官能基Yを有する脂肪族複環構造を含む単量体(m2−2b)は、環構造に結合した水素原子の一部またはすべてをフッ素原子に置換したものであってもよく、このものは重合体にさらなる透明性を付与できる点で好ましい。
【0104】
具体的には、
【0105】
【化14】
【0106】
(式中、A、BおよびDは同じかまたは異なり、いずれもH、F、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10のエーテル結合を有していてもよい含フッ素アルキル基;Rは炭素数1〜20の2価の炭化水素基、炭素数1〜20の含フッ素アルキレン基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基;aは0〜5の整数;bは0または1。ただし、bが0またはRがフッ素原子を含まない場合はA、B、Dのいずれか1つはフッ素原子またはエーテル結合を有していてもよい含フッ素アルキル基である)で表わされる含フッ素ノルボルネン誘導体があげられる。
【0107】
これらのなかでも、A、B、Dのいずれかがフッ素原子であることが好ましく、またはA、B、Dにフッ素原子が含まれない場合はRのフッ素含有率が60重量%以上であることが好ましく、さらにはパーフルオロアルキレン基であることが、重合体に透明性を付与できる点でさらに好ましい。
【0108】
具体的には、
【0109】
【化15】
【0110】
などで示されるノルボルネン誘導体があげられる。
【0111】
さらに、
【0112】
【化16】
【0113】
(式中、A、BおよびDは同じかまたは異なり、いずれもH、F、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10のエーテル結合を有していもよい含フッ素アルキル基;Rは炭素数1〜20の2価の炭化水素基、炭素数1〜20の含フッ素アルキレン基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基;aは0〜5の整数;bは0または1)で表わされる含フッ素ノルボルネン誘導体があげられる。
【0114】
具体的には、
【0115】
【化17】
【0116】
などのノルボルネン誘導体が好ましくあげられる。
【0117】
またさらに、酸反応性官能基Yを有する脂肪族複環構造を含む単量体(m2−2b)の好ましいものとして、式:
【0118】
【化18】
【0119】
(式中、Rf1、Rf2は同じかまたは異なり、炭素数1〜10の含フッ素アルキル基またはエーテル結合を有する含フッ素アルキル基;A、B、Dは同じかまたは異なり、いずれもH、F、Cl、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10のエーテル結合を含んでいてもよい含フッ素アルキル基;RはHまたは炭素数1〜10のアルキル基;nは0〜5の整数)で示される含フッ素ノルボルネン誘導体があげられる。
【0120】
具体的には、たとえば
【0121】
【化19】
【0122】
などがあげられる。
【0123】
より具体的には、
【0124】
【化20】
【0125】
などが好ましくあげられる。
【0126】
その他、式:
【0127】
【化21】
【0128】
(式中、Rf1、Rf2は同じかまたは異なり、炭素数1〜10の含フッ素アルキル基またはエーテル結合を有する含フッ素アルキル基;B、Dは同じかまたは異なり、いずれもH、F、Cl、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10のエーテル結合を含んでいてもよい含フッ素アルキル基;RはHまたは炭素数1〜10のアルキル基;nは0〜5の整数)で示されるノルボルネン誘導体もあげられる。
【0129】
これら例示の脂肪族複環構造を含む単量体(m2−1b)、(m2−2b)は、重合体にドライエッチ耐性を付与できる点で、特にレジスト用重合体の原料として好ましい。また、本発明の製造方法により、効率的にラジカル重合法で重合体を製造でき、効果的に透明性を改善できる点でも好ましい。特にフッ素原子を複環構造に含むノルボルネン誘導体は、透明性の点で好ましくかつ本発明の製造方法により、効率的にラジカル重合法で重合体を製造でき、効果的に透明性を改善できる点でも好ましい。
【0130】
また、酸反応性官能基Yを有するノルボルネン誘導体(m2−2b)は重合体に効率的にレジスト用途に必要な官能基を導入でき、結果的に透明性、ドライエッチング耐性において有利となるため好ましい。
【0131】
単量体(m2)の好ましい第3は、重合により脂肪族環構造を形成し得るフッ素原子を有していてもよい非共役のジエン化合物である。非共役ジエン化合物は、主鎖中に環構造の構造単位を有する重合体を効率よく与えることができ、前述と同様、真空紫外領域の透明性も改善できるものである。
【0132】
非共役ジエン化合物としては、たとえば環化重合し主鎖に単環構造を与える特定のジビニル化合物が好ましくあげられ、酸反応性の官能基Yを有さないもの(m2−1c)、または酸反応性の官能基Yを有するもの(m2−2c)である。
【0133】
具体例としては、たとえばフッ素原子や酸反応性官能基Yを有していてもよい式:
【0134】
【化22】
【0135】
(式中、Z1およびZ2は同じか異なり、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5のエーテル結合を有していてもよい炭化水素基、炭素数1〜5のエーテル結合を有していてもよい含フッ素アルキル基)で示されるジアリル化合物があげられる。
【0136】
このジアリル化合物をラジカル環化重合することにより、
【0137】
【化23】
【0138】
(式中、Z1、Z2は前記と同じ)で示される主鎖中に単環状の構造単位を形成することができる。
【0139】
これらの環化ラジカル重合においても、前記式(1)の官能基を有する連鎖移動剤を使用してラジカル(共)重合することによって効率よくポリマー主鎖に環構造を有する含フッ素重合体を得ることができ、前述と同様、現像液に対する溶解性を改善できるものである。
【0140】
本発明の方法で製造される構造単位M2−2を有する含フッ素重合体において、酸反応性官能基Yを有する構造単位M2−2はその構造単位中に式(2):
【0141】
【化24】
【0142】
(式中、Rf1は炭素数1〜10の含フッ素アルキル基またはエーテル結合を有する含フッ素アルキル基)で表される部位を有することが現像液への溶解性に優れ、かつ157nm光に対する透明性に優れる点で好ましい。
【0143】
Rf1は、なかでも炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基、さらにはCF3であることが特に好ましい。
【0144】
式(2)の部位とは、含フッ素アルキル基Rf1とOH基が環構造を形成する炭素原子に同時に結合しているものであっても良いし、環構造を形成しない炭素原子に同時に結合し、式(2)の部位が環構造を形成する炭素原子に側鎖の形態で結合したものであっても良い。
【0145】
ここで酸反応性官能基Yについて説明する。酸反応性官能基Yは前記のとおり、酸反応性基Y1と、酸反応性基Y1に変換可能な酸反応性基変換基Y2の総称である。
【0146】
本発明において酸反応性基Y1は、酸解離性または酸分解性の官能基および酸縮合性の官能基のことをいう。
【0147】
▲1▼酸解離性または酸分解性の官能基:
酸解離性または酸分解性の官能基は、酸と反応する前はアルカリに不溶または難溶であるが酸の作用により、アルカリに可溶化させることができる官能基である。このアルカリへの溶解性の変化により、ポジ型のレジストのベース重合体として利用できるものになる。
【0148】
具体的には、酸またはカチオンの作用により−OH基、−COOH基、−SO3H基などに変化する能力をもち、その結果、含フッ素重合体自体がアルカリに可溶になるものである。
【0149】
酸解離性または酸分解性の官能基は、具体的には、
【0150】
【化25】
【0151】
(式中、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R14、R18、R19、R20、R21、R22、R24、R25、R26、R27、R28、R29は同じかまたは異なり、炭素数1〜10の炭化水素基;R13、R15、R16は同じかまたは異なり、Hまたは炭素数1〜10の炭化水素基;R17、R23は同じかまたは異なり、炭素数2〜10の2価の炭化水素基)
が好ましく利用でき、さらに具体的には
【0152】
【化26】
【0153】
などが好ましく例示される。
【0154】
▲2▼酸縮合反応性の官能基:
酸縮合反応性の官能基は、酸と反応する前はアルカリ現像液(またはその他の現像用溶剤)に可溶であるが酸の作用により、重合体自体をアルカリ現像液(またはその他の現像用溶剤)に不溶にすることができる官能基である。
【0155】
具体的には酸またはカチオンの作用による自己縮合、重縮合あるいは架橋剤の存在下、酸の作用による架橋剤との縮合反応または重縮合反応を起こす官能基、または酸やカチオンによる転位反応(たとえばピナコール転位、カルビノール転位)などで、極性変化を起こす官能基であって、いずれにしてもその結果、重合体自体はアルカリ現像液(またはその他の現像用溶剤)に不溶となるものである。
【0156】
かかる不溶化によって、ネガ型のレジストのベース重合体として利用できるものである。
【0157】
酸縮合性の官能基としては、−OH、−COOH、−CN、−SO3H、エポキシ基などから選ばれるものが好ましい具体例である。
【0158】
使用する場合、架橋剤としては特に制限なく、従来ネガ型レジストの架橋剤として慣用されているものの中から任意に選択して用いることができる。架橋剤としては、たとえばN−メチロール化メラミン、N−アルコキシメチル化メラミン化合物、尿素化合物、エポキシ化合物、イソシアネート化合物などが好ましい具体例である。
【0159】
以上の酸反応性基Y1のなかでも、OH基、酸でOH基に変換できる酸解離性官能基、COOH基、酸で解離してCOOH基に変化させることができる酸解離性官能基の少なくとも1種が好ましい。
【0160】
酸でOH基に変換できる酸解離性官能基としては、
【0161】
【化27】
【0162】
(式中、R31、R32、R33およびR34は同じかまたは異なり、いずれも炭素数1〜5のアルキル基)で示される基が好ましくあげられる。
【0163】
より具体的には、
【0164】
【化28】
【0165】
が好ましく例示でき、なかでも酸反応性が良好な点で、
【0166】
【化29】
【0167】
が好ましく、さらに透明性が良好な点で、−OC(CH3)3、−OCH2OCH3、−OCH2OC2H5が好ましい。
【0168】
酸で−COOH基に変換できる酸解離性官能基としては、
【0169】
【化30】
【0170】
(式中、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、R46、R47、R48は同じかまたは異なり、いずれも炭素数1〜10の炭化水素基;R43、R44は同じかまたは異なり、いずれもHまたは炭素数1〜10の炭化水素基;R45は炭素数2〜10の2価の炭化水素基)などがあげられ、より詳しくは
【0171】
【化31】
【0172】
などが好ましくあげられる。
【0173】
これらの酸反応性基Y1は、通常、酸反応性基Y1を有する単量体を本発明の製造法に従って重合することで重合体に導入することができる。
【0174】
または酸反応性基Y1に変換できる酸反応性基変換基Y2を有する単量体を本発明の製造法に従って重合し、重合体に導入した後、高分子反応によって目的の酸反応基Y1に変換することでも得られる。
【0175】
高分子反応によって目的の酸反応性基Y1に変換して導入する方法としては、たとえば式:
【0176】
【化32】
【0177】
(式中、X5、X6はHまたはF;X7はH、CH3またはCF3;Rは炭素数1〜5のアルキル基または含フッ素アルキル基)で示されるビニルエステル化合物(酸反応性基変換基(エステル基)Y2を有する単量体)を本発明の製造法によりm1および/またはm2と共重合することで酸反応性基変換基Y2を有する含フッ素重合体を製造し、得られた含フッ素重合体の酸反応性基変換基Y2をアルカリ加水分解させることでOH基(酸反応性基Y1)に変換する方法などがあげられる。
【0178】
本発明はこれら高分子反応のプロセスを経由して酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体を製造する方法も含むものである。
【0179】
いずれの場合においても、本発明の製造法によると酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体を効率よく得ることができ、現像液に対する溶解性も改善できるものである。
【0180】
酸反応性官能基Yを有する含フッ素重合体は、脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)のうち酸反応性官能基Yを有する単量体(m2−2)、つまり前述の(m2−2a)、(m2−2b)または(m2−2c)のなかから少なくとも1種を式(1)の官能基を有する連鎖移動剤の存在下、ラジカル重合開始剤を用いてラジカル重合することで得られる。
【0181】
または、単量体(m2)として酸反応性官能基Yを有さない単量体(m2−1)を用いる場合、共単量体(n1)のうちで酸反応性官能基Yを有する単量体(n1−2)を単量体(m2)に加えて共重合し、構造単位(M2)に加え、酸反応性官能基Yを有する構造単位(N1−2)を導入してもよい。
【0182】
任意の構造単位(N1−2)に酸反応性官能基Yを導入できる単量体(n1−2)としては、共重合可能な酸反応性官能基Yを有するエチレン性単量体が好ましい。
【0183】
具体的には、酸反応性官能基Yを有するアクリル系単量体、酸反応性官能基Yを有する含フッ素アクリル系単量体、酸反応性官能基Yを有するアリルエーテル系単量体、酸反応性官能基Yを有する含フッ素アリルエーテル系単量体、酸反応性官能基Yを有するビニルエーテル系単量体、酸反応性官能基Yを有する含フッ素ビニルエーテル系単量体などが好ましい。
【0184】
より具体的には、
(メタ)アクリル酸、α−フルオロアクリル酸、α−トリフルオロメチルアクリル酸、t−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル−α−フルオロアクリレート、t−ブチル−α−トリフルオロメチルアクリレート、
【0185】
【化33】
【0186】
(式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、いずれもHまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4はH、FまたはCF3;Rfは炭素数1〜40の含フッ素アルキレン基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基;aは0または1〜3の整数;bは0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体である。
【0187】
なかでも式:
CH2=CF−CF2O−Rf−Y
(式中、Rfは前記と同じ)で示される含フッ素アリルエーテル化合物が好ましい。
【0188】
より具体的には、
【0189】
【化34】
【0190】
などの含フッ素アリルエーテル化合物が好ましくあげられる。
【0191】
また、式:
CF2=CF−O−Rf−Y
(式中、Rfは前記と同じ)で示される含フッ素ビニルエーテル化合物が好ましい。
【0192】
より具体的には、
【0193】
【化35】
【0194】
などの含フッ素ビニルエーテル化合物があげられる。
【0195】
その他、酸反応性官能基Yを含有する含フッ素エチレン性単量体としては、
CF2=CF−CF2O−Rf−Y、 CF2=CF−Rf−Y、
CH2=CH−Rf−Y、 CH2=CH−O−Rf−Y
(Rfは前記と同じ)
などの単量体があげられ、より具体的には、
【0196】
【化36】
【0197】
などがあげられる。
【0198】
本発明の製造法で得られる酸反応性官能基Yを有するレジスト用含フッ素重合体の好ましくは、式(M−1):
−(M1)−(M2)−(N1)−(N)− (M−1)
(式中、構造単位M1は炭素数2または3のエチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する含フッ素エチレン性単量体(m1)由来の繰り返し単位;構造単位M2は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)由来の繰り返し単位;構造単位N1は単量体(m1)および単量体(m2)と共重合可能な単量体(n1)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、単量体(m2)および単量体(n1)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位であって、構造単位M2またはN1のいずれか少なくとも一方に酸反応性基Y1または酸反応性基Y1に変換可能な基Y2を有し、構造単位M2に酸反応性基Y1または酸反応性基Y1に変換可能な基Y2を有する場合は構造単位N1とNは同じであってよい)であって、構造単位M1を1〜99モル%、構造単位M2を1〜99モル%、構造単位N1を0〜98モル%、構造単位Nを0〜98モル%含むレジスト用含フッ素重合体である。
【0199】
さらに、本発明の製造法で得られるレジスト用含フッ素重合体の好ましくは、式(M−2):
−(M1)−(M2−2)−(M2)−(N)− (M−2)
(式中、構造単位M1、M2は前記式(M−1)と同じ;構造単位M2−1は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体であって酸反応性基Y1または酸反応性基Y1に変換可能な基Y2を有する単量体(m2−2)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、(m2−2)および単量体(m2)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位)であって、構造単位M1を1〜99モル%、構造単位M2−2を1〜99モル%、構造単位M2を0〜98モル%、構造単位Nを0〜98モル%含むレジスト用含フッ素重合体である。
【0200】
式(M−1)、(M−2)のレジスト用含フッ素重合体において含フッ素重合体に繰り返し単位(M1)を与える単量体(m1)は、重合性、特にラジカル重合性の炭素−炭素二重結合を1つ有する炭素数2または3の含フッ素エチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する単量体である。
【0201】
かかる含フッ素エチレン性単量体(m1)は重合性の炭素−炭素二重結合を1つ有するモノエン化合物であって、重合によっても主鎖中に環構造を有する繰り返し単位は形成しない。
【0202】
含フッ素エチレン性単量体(m1)は、その単量体中に酸反応性官能基Yを有していても有していなくてもよいが、通常、酸反応性官能基を有していない単量体を用いた方が、ラジカル重合反応性が良好な点で、また、より透明性を効果的に改善できる点で好ましい。
【0203】
好ましい含フッ素エチレン性単量体(m1)としては、エチレンまたはプロピレンの水素原子の少なくとも1つがフッ素原子に置換したものがあげられる。他の水素原子はフッ素原子以外のハロゲン原子に置換されていてもよい。
【0204】
なかでもフッ素原子が炭素−炭素二重結合を構成する炭素原子に少なくとも1個結合した単量体であることが好ましい。それによって、繰り返し単位(M1)に、つまり重合体主鎖中にフッ素原子を導入でき、真空紫外領域において特に優れた透明性を与える含フッ素重合体が効果的に得られる。
【0205】
具体的には、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、CH2=CFCF3から選ばれる少なくとも1種の単量体が好ましくあげられる。
【0206】
なかでもテトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデンまたはヘキサフルオロプロピレンの少なくとも1種または2種以上の混合物であることが透明性の点で特に好ましく、とりわけテトラフルオロエチレンおよび/またはクロロトリフルオロエチレンが好ましい。
【0207】
式(M−1)、(M−2)のレジスト用含フッ素重合体において脂肪族環構造の構造単位M2を与え得る単量体(m2)、酸反応性官能基Yを有する脂肪族環構造のM2−2を与え得る単量体は前述の単量体(m2)、(m2−2)と同様のものが好ましく例示できる。
【0208】
また、式(M−1)、(M−2)のレジスト用含フッ素重合体において、任意の構造単位N1、Nに酸反応性官能基Yを有する構造単位を用いる場合、前述の酸反応性官能基Yを有するエチレン性単量体n1−2と同様のものが好ましく例示できる。
【0209】
本発明の製造法では、単量体(m1)、(m2)、(m2−2)または(n1−2)に加え、さらに任意の単量体として、ラジカル重合性の単量体(n1)を得られる含フッ素共重合体に別異の特性、たとえば機械的強度や塗工性などを改善する目的で共重合してもよい。
【0210】
そうした任意の単量体(n1)としては、上記共単量体(n1−2)のほか、他の構造単位(M1)を構成するための単量体(m1)および(m2)と共重合できるものから選ばれる。
【0211】
たとえば、
アクリル系単量体(ただし(n1−2)で記載の単量体は除く):
【0212】
【化37】
【0213】
スチレン系単量体:
【0214】
【化38】
【0215】
エチレン系単量体:
CH2=CH2、CH2=CHCH3、CH2=CHClなど
【0216】
マレイン酸系単量体:
【0217】
【化39】
【0218】
アリル系単量体:
CH2=CHCH2Cl、CH2=CHCH2OH、CH2=CHCH2COOH、CH2=CHCH2Brなど
【0219】
アリルエーテル系単量体:
【0220】
【化40】
【0221】
その他の単量体:
【0222】
【化41】
【0223】
などがあげられる。
【0224】
本発明の製造法で得られる式(M−1)、(M−2)の含フッ素重合体の分子量は、数平均分子量で1000〜100000、好ましくは2000〜50000、より好ましくは2000〜10000であり、重量平均分子量で2000〜200000、好ましくは3000〜50000、より好ましくは3000〜10000である。
【0225】
これら式(M−1)、(M−2)のレジスト用含フッ素重合体を製造する際、本発明の製造法を用いることで特に現像液に対する溶解性が改善でき、超微細加工プロセスにおいて高解像度のパターン形成が可能となるため好ましい。
【0226】
本発明においては、炭素数2または3のエチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する単量体(m1)、または重合体主鎖中に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2−1)、(m2−2)、および必要に応じて、酸反応性官能基を有するエチレン性単量体(n1−2)を含む共単量体(n1)を、前記式(1)の官能基を有する連鎖移動剤を用いて、種々の公知の方法で(共)重合する。
【0227】
重合法としては、単量体を溶解させる有機溶媒中で行なう溶液重合法、水性媒体中で適当な有機溶剤の存在下または非存在下に行なう懸濁重合法、水性媒体に乳化剤を添加して行なう乳化重合法、無溶媒で行なうバルク重合法などを用いることができる。なかでも、有機溶剤を用いての溶液重合、懸濁重合が好ましい。
【0228】
重合溶剤としては特に制限されないが、炭化水素系溶剤、フッ素系溶剤(フロン系)、塩素系溶剤、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、酢酸エステル系溶剤、エーテル系溶剤などが好ましく用いられる。
【0229】
なかでもフッ素系溶剤、塩素系溶剤が、単量体やラジカル重合開始剤の溶解性が良好な点、また重合反応を良好に進行させることもできる点で好ましい。具体的には、ハイドロフルオロカーボン類、ハイドロクロロカーボン類、フルオロクロロカーボン類、ハイドロクロロフルオロカーボン類から選ばれる1種または2種以上であることが好ましい。
【0230】
重合は、重合開始剤、好ましくは有機パーオキサイドを単量体と接触させ、熱を加える(有機パーオキサイド固有の温度で)か、光または電離放射線などの活性エネルギー線を照射することによって開始する。
【0231】
重合開始剤としては特に制限されないが、有機パーオキサイドまたはアゾ系開始剤が好ましい。有機パーオキサイドとしてはジアシルパーオキサイド類、オキシパーエステル類、パーオキシケタール類、ジアルキルパーオキサイド類、パーオキシジカーボネート類から選ばれる1種または2種以上が好ましい。
【0232】
なかでもオキシパーエステル類やジアシルパーオキサイド類がより好ましく、ラジカル重合反応性を促進でき、得られる重合体の真空紫外領域での透明性をより一層改善できる点で好ましい。またさらにポリマー自体の親水性も向上し、特に酸反応性官能基Yを有する含フッ素重合体(露光後または保護基が脱離したもの)の現像液への溶解性が向上する点で好ましい。
【0233】
オキシパーエステル類としては、1,1,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカネート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカネート、tert−ヘキシルパーオキシネオデカネート、tert−ブチルパーオキシネオデカネート、tert−ヘキシルパーオキシピバレート、tert−ブチルパーオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、tert−ヘキシルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、tert−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、tert−ブチルパーオキシイソブチレート、tert−ブチルパーオキシマレニックアシッド、tert−ヘキシルパーオキシイソブチルモノカーボネート、tert−ブチルパーオキシ3,5,5−トリメチルヘキサノエート、tert−ブチルパーオキシラウレート、tert−ブチルパーオキシイソブチルモノカーボネート、tert−ブチルパーオキシアセテートなどのアルキル基を有するオキシパーエステル類が好ましい。
【0234】
またさらには、脂肪族環状構造を有するアルキル基のパーオキシエステル類であることがドライエッチ耐性を改善できる点で好ましく、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカネート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートなどが好ましくあげられる。
【0235】
ジアシルパーオキサイド類としては、イソブチリルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステロイルパーオキサイド、スクシニックアシッドパーオキサイドが好ましくあげられる。
【0236】
パーオキシジカーボネート類の具体例としては、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、ビス(4−tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシメチルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−2−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネートなどがあげられる。
【0237】
パーオキシケタール類としては、たとえば、1,1−ビス(tert−ヘキシルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、2,2−ビス(tert−ブチルパーオキシ)バレレート、2,2−ビス(4,4−tert−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパンなどがあげられる。
【0238】
またさらに透明性の観点から、フッ素原子を有するパーオキサイド類を用いるのが好ましく、なかでもフッ素原子を有するジアシルパーオキサイド類がより好ましい。具体的には、ペンタフルオロプロピオノイルパーオキサイド:(CF3CF2COO)2、ヘプタフルオロブチリルパーオキサイド:(CF3CF2CF2COO)2、7H−ドデカフルオロヘプタノイルパーオキサイド:(CHF2CF2CF2CF2CF2CF2COO)2がより好ましくあげられる。
【0239】
アゾ系の化合物としては、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)、ジブチル−2,2’−アゾビスイソブチレートなどがあげられる。
【0240】
また、親水性の官能基を有する重合開始剤は重合末端に親水性の官能基を導入でき現像特性が改善できる点で好ましい。具体例としては、スクシニックアシッドパーオキサイド、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[2−(ヒドロキシブチル)]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2’−アゾビス{2−[1−(ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミドオキシム)、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)などが好ましくあげられる。
【0241】
また、本発明の含フッ素エチレン性単量体m2を用いてm2由来の構造単位を有するポリマーを製造する際、有機パーオキサイドのなかでも10時間半減期温度で5〜130℃の有機パーオキサイドを使用することが好ましく、さらに10時間半減期温度で15〜100℃、特に30〜80℃のものを使用するのが、重合反応性が良好な点で好ましい。
【0242】
生成する共重合体の組成は、仕込む単量体の組成によって制御可能である。
【0243】
また分子量は、重合に用いる単量体の濃度や有機パーオキサイドの濃度、前記連鎖移動剤の濃度、温度によって制御することができる。
【0244】
使用する単量体に対する有機パーオキサイドの使用量は、使用する単量体の種類、目的とする重合体の組成や分子量によって適宜選択されるが、単量体100重量部に対し0.005〜10重量部、好ましくは0.01〜5重量部、より好ましくは0.1〜1重量部である。別の観点からみれば、使用する単量体のモル量に対して有機パーオキサイドが0.01〜10モル%、好ましくは0.05〜5モル%、より好ましくは0.1〜2モル%である。
【0245】
有機パーオキサイドが少なすぎると、重合反応が充分に進行しにくく、未反応の単量体が残留したり、オリゴマー成分が生成し重合体の着色や透明性の低下が生じ好ましくない。有機パーオキサイドが多すぎると重合体の分子量低下を起こし、透明性を低下させたり、未反応の有機パーオキサイドが残留するため重合体の着色や透明性低下を起こし、好ましくない。
【0246】
本発明の製造法において、式(1)の官能基を有する連鎖移動剤の使用量は、使用する単量体の種類、目的とする重合体の組成や分子量によって適宜選択されるが、使用する単量体のモル量に対して式(1)の連鎖移動剤が0.01〜20モル%、好ましくは0.05〜10モル%、より好ましくは0.1〜5モル%、特に0.2〜2モル%である。
【0247】
連鎖移動剤の使用量が少なすぎると、現像液に対する溶解性の改善効果が充分にえられないことがあり、また、連鎖移動剤の使用量が多すぎると重合反応がスムーズに進行しにくく、重合反応が停止または重合反応率が低下し、その結果、低分子量成分が残留することがある。
【0248】
これら連鎖移動剤は重合反応初期から一括で存在させても良いし、または重合反応の進行に従って、連続的にまたは間歇的に追加導入しても良い。
【0249】
本発明の連鎖移動剤を用いた重合における反応温度は、たとえば使用する有機パーオキサイドのそれぞれの10時間半減期温度に応じて、またさらに目標の反応時間に応じて適宜選択できるが、一般には0〜150℃、好ましくは5〜120℃、より好ましくは10〜100℃である。
【0250】
共重合する場合の単量体の組成は、各単量体の重合反応性、共重合反応比のほか、得られる含フッ素重合体に付与する特性に合わせて選定すればよい。各単量体が含フッ素重合体に与え得る特性は前述のとおりである。より具体的には後述する。
【0251】
本発明の製造法により得られる含フッ素重合体は波長200nm以下の真空紫外領域の光に対して透明性が高く、したがってArFエキシマレーザー(193nm)やF2レ−ザー(157nm)を用いたフォトリソグラフィープロセスに特に有用なレジスト用重合体である。
【0252】
本発明は、さらに
(A−1)OH基、酸でOH基に変換できる酸解離性官能基、COOH基または酸で解離してCOOH基に変化させることができる酸解離性官能基の少なくとも1種の酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体、
(B)光酸発生剤、および
(C)溶剤
からなる組成物に関し、
該含フッ素重合体(A−1)が本発明の前述の製造方法で得られる重合体であるフォトレジスト組成物に関する。
【0253】
本発明のフォトレジスト組成物では、酸反応性官能基YとしてOH基、酸でOH基に変換できる酸解離性官能基、COOH基または酸で解離してCOOH基に変化させることができる酸解離性官能基の少なくとも1種という特定の酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体(A−1)を使用する。
【0254】
酸でOH基に変換できる酸解離性官能基および酸で−COOH基に変換できる酸解離性官能基としては、前述のものが採用できる。
【0255】
特定の酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体(A−1)としては、つぎの重合体が好ましい。
【0256】
(I)式:
−(M1)−(M2−2a)−
(式中、M1は炭素数2または3のエチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する単量体(m2)由来の構造単位;M2−2aは単環状の脂肪族不飽和炭化水素化合物に酸反応性基Y1を有するフッ素原子を有していてもよい単量体(m2−2a)に由来する構造単位)で示される含フッ素重合体。
【0257】
構造単位(M1)と(M2−2a)との組成割合は、通常、80/20〜20/80モル%比、好ましくは70/30〜30/70モル%比、特に好ましくは60/40〜40/60モル%比である。
【0258】
単量体の具体例としては、前述の単量体(m1)の具体例、および単量体(m2−2a)の具体例のうち酸反応性官能基Yが酸反応性基Y1であるものが好ましく例示できる。
【0259】
(II)式:
−(M1)−(M2−2b)−
(式中、M1は前記と同じ;(M2−2b)は前述の酸反応性基Y1を有する脂肪族複環構造含有単量体(m2−2b)、特にノルボルネン誘導体由来の構造単位)で示される含フッ素重合体。
【0260】
構造単位(M1)と(M2−2b)との組成割合は、通常、80/20〜20/80モル%比、好ましくは70/30〜30/70モル%比、特に好ましくは60/40〜40/60モル%比である。
【0261】
具体的な単量体としては、前述の単量体(m1)の具体例、および単量体(m2−2b)の具体例のうち酸反応性官能基Yが酸反応性基Y1であるものが好ましく例示できる。
【0262】
これら(I)、(II)の含フッ素重合体はその重合体自体、透明性とドライエッチング耐性に優れており、また含フッ素重合開始剤を使用する本発明の製造法によりさらに真空紫外領域の透明性が改善できる。
【0263】
(III)式:
−(M1)−(M2−1a)−(N1−2)−
(式中、M1は前記と同じ;M2−1aは重合性の炭素−炭素不飽和結合を環構造中に有し酸反応性官能基Yを有していない単環状の単量体(m2−1a)由来の構造単位;N1−2は酸反応性基Y1を有する共重合可能なエチレン性単量体(n1−2)由来の構造単位)で示される含フッ素重合体。
【0264】
構造単位(M1)と(M2−1a)と(N1−2)との組成割合は、(M1)+(M2−1a)+(N1−2)=100モル%とし、(M1)+(M2−1a)/(N1−2)が通常、90/10〜20/80モル%比、好ましくは80/20〜30/70モル%比、特に好ましくは70/30〜40/60モル%比である。
【0265】
具体的な単量体としては、前述の単量体(m1)および(m2−1a)の具体例、および単量体(n1−2)の具体例のうち酸反応性官能基Yが酸反応性基Y1であるものが好ましく例示できる。
【0266】
(IV)式:
−(M1)−(M2−1b)−(N1−2)−
(式中、M1、N1−2は前記と同じ;M2−1bは酸反応性官能基Yを有していない脂肪族複環構造含有単量体(m2−1b)、特にノルボルネン誘導体由来の構造単位)で示される含フッ素重合体。
【0267】
構造単位(M1)と(M2−1b)と(N1−2)との組成割合は、(M1)+(M2−1b)+(N1−2)=100モル%とし、(M1)+(M2−1b)/(N1−2)が通常、90/10〜20/80モル%比、好ましくは80/20〜30/70モル%比、特に好ましくは70/30〜40/60モル%比である。
【0268】
具体的な単量体としては、前述の単量体(m1)および(m2−1b)の具体例、および単量体(n1−2)の具体例のうち酸反応性官能基Yが酸反応性基Y1であるものが好ましく例示できる。
【0269】
これら(III)、(IV)の含フッ素重合体は、その重合体自体、ドライエッチング耐性に優れており、また官能基を有する連鎖移動剤を使用する本発明の製造法により真空紫外領域の透明性を維持しながら、さらに現像特性が改善できる。
【0270】
また、(I)〜(IV)の酸反応性基Y1含有含フッ素重合体は、本発明の製造方法によって、ポリマー末端に親水性の原子団を付与した点で従来のレジスト用含フッ素重合体と異なっており、特に現像液への溶解性に優れている。さらに、ポリマー自体の157nm波長での透明性にも優れている。
【0271】
本発明のフォトレジスト組成物において、酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体(A−1)は157nm波長での透明性に優れており、なかでも157nmでの吸光係数で2.0μm-1以下のもの、好ましくは1.5μm-1以下のもの、特に好ましくは1.0μm-1以下のもの、さらには0.5μm-1以下のものが好ましく、157nm波長での吸光係数が低くなればなるほどF2フォトレジスト組成物として用いて良好なレジストパターンを形成できる点で好ましい。
【0272】
本発明のフォトレジスト組成物において、光酸発生剤(B)としては、国際公開公報第01/74916号パンフレットに記載の光酸発生剤(B)と同様のものが同様に好ましく例示でき、本発明でも有効に使用できる。
【0273】
具体的には、光を照射することによって酸またはカチオンを発生する化合物であって、たとえば有機ハロゲン化合物、スルホン酸エステル、オニウム塩(特に中心元素がヨウ素、イオウ、セレン、テルル、窒素またはリンであるフルオロアルキルオニウム塩など)、ジアゾニウム塩、ジスルホン化合物、スルホンジアジド類など、またはこれらの混合物があげられる。
【0274】
より好ましい具体例としては、つぎのものがあげられる。
【0275】
(1)TPS系:
【0276】
【化42】
【0277】
(式中、X-はPF6 -、SbF6 -、CF3SO3 -、C4F9SO3 -など;R1a、R1b、R1cは同じかまたは異なり、CH3O、H、t−Bu、CH3、OHなど)
【0278】
(2)DPI系:
【0279】
【化43】
【0280】
(式中、X-はCF3SO3 -、C4F9SO3 -、CH3−φ−SO3 -、SbF6 -、
【0281】
【化44】
【0282】
など;R2a、R2bは同じかまたは異なり、H、OH、CH3、CH3O、t−Buなど)
【0283】
(3)スルホネート系:
【0284】
【化45】
【0285】
(式中、R4aは
【0286】
【化46】
【0287】
など)
【0288】
本発明のフォトレジスト組成物における光酸発生剤の含有量は、酸反応性基Y1を有する含フッ素重合体(A−1)100重量部に対して0.1〜30重量部が好ましく、さらには0.2〜20重量部が好ましく、最も好ましくは0.5〜10重量部である。
【0289】
光酸発生剤の含有量が0.1重量部より少なくなると感度が低くなり、30重量部より多く使用すると光酸発生剤が光を吸収する量が多くなり、光が基板まで充分に届かなくなって解像度が低下しやすくなる。
【0290】
また本発明のフォトレジスト組成物には、上記の光酸発生剤から生じた酸に対して塩基として作用できる有機塩基を添加してもよい。有機塩基は国際公開第01/74916号パンフレットに記載のものと同様のものが好ましく例示でき、本発明でも有効に使用できる。
【0291】
具体的には、含窒素化合物から選ばれる有機アミン化合物であり、たとえばピリジン化合物類、ピリミジン化合物類、炭素数1〜4のヒドロキシアルキル基で置換されたアミン類、アミノフェノール類などがあげられ、特にヒドロキシル基含有アミン類が好ましい。
【0292】
具体例としては、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリアミルアミン、ピリジンなどが好ましくあげられる。
【0293】
本発明のフォトレジスト組成物における有機塩基の含有量は、光酸発生剤の含有量に対して0.1〜100モル%が好ましく、さらに好ましくは、1〜50モル%である。0.1モル%より少ない場合は解像性が低くなり、100モル%よりも多い場合は低感度になる傾向にある。
【0294】
その他、本発明のフォトレジスト組成物に、必要に応じて国際公開第01/74916号パンフレットに記載の添加物、たとえば、溶解抑制剤、増感剤、染料、接着性改良剤、保水剤などこの分野で慣用されている各種の添加剤を含有させることもできる。
【0295】
また、本発明のフォトレジスト組成物において溶剤(C)は、国際公開公報第01/74916号パンフレットに記載の溶剤(C)と同様のものが同様に好ましく例示でき、本発明でも有効に使用できる。
【0296】
具体的には、セロソルブ系溶剤、エステル系溶剤、プロピレングリコール系溶剤、ケトン系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、またはこれらの混合溶剤が好ましくあげられる。さらに含フッ素重合体(A−1)の溶解性を高めるために、CH3CCl2F(HCFC−141b)などの含フッ素炭化水素系溶剤やフッ素アルコール類などのフッ素系溶剤を併用してもよい。
【0297】
これらの溶剤(C)の量は、溶解させる固形分の種類や塗布する基材、目標の膜厚、などによって選択されるが、塗布のし易さという観点から、フォトレジスト組成物の全固形分濃度が0.5〜70重量%、好ましくは1〜50重量%となるように使用するのが好ましい。
【0298】
本発明のフォトレジスト組成物は、従来のフォトレジスト技術のレジストパターン形成方法において使用される。特にレジストパターン形成方法を好適に行なうには、まずシリコンウェハーのような支持体上にフォトレジスト組成物の溶液をスピンナーなどで塗布し、乾燥して感光層を形成させ、これに縮小投影露光装置などにより、紫外線、deep−UV、エキシマレーザー光、X線を所望のマスクパターンを介して照射するか、あるいは電子線により描画し、加熱する。ついでこれを現像液、たとえば1〜10重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液のようなアルカリ性水溶液などのアルカリ現像液を用いて現像処理する。この形成方法でマスクパターンに忠実な画像を得ることができる。
【0299】
半導体デバイスの微細回路パターンを形成する際、フォトリソグラフィープロセスにおける現像工程では、現像液として2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が好ましく用いられる。
【0300】
またさらに、レジスト被膜との塗れ性を調整するため、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中に界面活性剤やメタノール、エタノール、プロパノールまたはブタノールなどのアルコール類を添加しても良い。
【0301】
なかでも本発明のフォトレジスト組成物を用いることによって、真空紫外領域においても透明性の高いレジスト被膜(感光層)を形成できることが見出されている。それによって特に今後0.07μmのテクノロジーノードを目指して開発中のF2レーザー(157nm波長)を用いたフォトリソグラフィープロセスに好ましく利用できるものである。
【0302】
本発明のフォトレジストを塗布した被膜は、前述のフォトレジスト組成物をスピンコートなどの塗装方法によってシリコンウエハーのような支持体上に塗布し、乾燥することによって形成され、被膜中には、酸反応性基を有する含フッ素重合体(A−1)、光酸発生剤(B)、その他の添加物などの固形成分が含まれている。
【0303】
形成するレジスト被膜の膜厚は、通常1.0μm以下の薄層被膜であり、好ましくは0.01〜0.5μm、より好ましくは0.05〜0.5μmの薄膜である。
【0304】
さらに本発明のフォトレジスト組成物を塗布した被膜は、真空紫外領域の透明性が高いものが好ましく、具体的には157nm波長の吸光係数が2.5μm-1以下のものであり、好ましくは2.0μm-1以下、特に好ましくは1.50μm-1以下、さらには1.0μm-1以下であることが好ましい。この被膜はF2レーザー(157nm)の光線を用いるリソグラフィープロセスに効果的に利用できる。
【0305】
なお、レジスト被膜が施される基材は、従来レジストが適用される各種基材が同様に利用できる。たとえばシリコンウェハー、有機系または無機系反射防止膜が設けられたシリコンウェハー、ガラス基板などのいずれでもよい。特に有機系反射防止膜が設けられたシリコンウェハー上での感度、プロファイル形状が良好である。
【0306】
本発明の第三は、現像液に対する溶解性に優れた含フッ素重合体に関するものであり、本発明の含フッ素重合体の第一はOH基を有し、なおかつ現像液への溶解性を付与する官能基としてはOH基のみを有する重合体主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体であって、該重合体が式(M−3):
−(M1)−(M2−3)−(M2)−(N)− (M−3)
(式中、構造単位M1は炭素数2または3のエチレン性単量体であって、少なくとも1個のフッ素原子を有する含フッ素エチレン性単量体(m1)由来の繰り返し単位;構造単位M2−3はOH基を有するフッ素原子を有していても良いノルボルネン誘導体(m2−3)由来の繰り返し単位;構造単位M2は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、(m2−3)および単量体(m2)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位)で示され、構造単位M1を24〜70モル%、構造単位M2−3を1〜70モル%、構造単位M2を0〜69モル%、構造単位Nを0〜20モル%含み、かつ(M1)+(M2−3)+(M2)=100としたとき(M1)/{(M2−3)+(M2)}が30/70〜70/30モル比である数平均分子量で1000〜50000の含フッ素重合体であって、該含フッ素重合体の後述するQCM測定法で測定した、2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に対する溶解速度が500nm/sec以上である現像液に対する溶解性が優れたレジスト用含フッ素重合体である。
【0307】
本発明者らは、含フッ素エチレン性単量体(m1)とOH基を有するノルボルネン誘導体(m2−3)、さらに必要に応じて単量体(m2)、(n)を用いて共重合を鋭意検討した結果、同じ重合体組成、同じ分子量であっても、製造方法の違いによって、つまり結果的に得られる末端構造の一部の違いによって、現像液に対する溶解性に特に優れた含フッ素重合体を得ることができた。
【0308】
従来の方法では、現像液への溶解性を付与する官能基としてOH基のみを有する上記含フッ素重合体は現像液に対して充分な溶解性が得られなかった。OH基のみを有する含フッ素重合体においても、元来溶解性の高い−COOH基などを有する重合体、フッ素を含まないArFレジスト用ポリマーやKrFレジスト用ポリマーと同等以上の溶解性(溶解速度)を有する含フッ素重合体を見出した。それによって、157nmでの透明性と現像液に対する溶解性を両立する含フッ素重合体を得ることができた。
【0309】
さらに本発明の含フッ素重合体の第二は、上記含フッ素重合体中に有するOH基の一部またはすべてを酸と反応して解離する酸解離性官能基Y3で保護した形態の含フッ素重合体に関し、該OH基を保護した含フッ素重合体は、酸と反応してOH基に変化した後、現像液に対する溶解性に優れた重合体となり得るものである。
【0310】
つまり、本発明のOH基を保護した含フッ素重合体は、酸でOH基に変換できる酸解離性官能基Y3を有する重合体主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体であって、該重合体が式(M−4):
−(M1)−(M2−3)−(M2−4)−(N)− (M−4)
(式中、構造単位M1、構造単位M2−3は式(M−3)と同じ;構造単位M2−4は酸でOH基に変換できる酸解離性官能基のうち少なくとも1種の官能基Y3を有するフッ素原子を有していても良いノルボルネン誘導体(m2−4)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、(m2−3)および単量体(m2−4)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位)で示され、構造単位M1を24〜70モル%、構造単位M2−3を0〜69モル%、構造単位M2−4を1〜70モル%、構造単位Nを0〜20モル%含み、かつ(M1)+(M2−3)+(M2−4)=100としたとき(M1)/{(M2−3)+(M2−4)}が30/70〜70/30モル比である数平均分子量で1000〜50000の含フッ素重合体であって、ただし前記式(M−4)の含フッ素重合体を酸と反応させ構造単位M2−4中の酸解離性官能基Y3をOH基に変換させた酸反応後の含フッ素重合体において、現像液への溶解性を付与する官能基としてはOH基のみを有し、なお前記酸反応後の含フッ素重合体のQCM測定法で測定した、2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に対する溶解速度が500nm/sec以上であるレジスト用含フッ素重合体である。
【0311】
上記の含フッ素重合体の現像液溶解速度を示す測定法であるQCM測定法とは、水晶振動子法と呼ばれるポリマーの溶解速度を測定する方法であって、たとえば、J.Photopolymer Sci.Technol.12,545−551(1999)やProc.SPIE4690,904−911(2002)に記載された方法であり、レジスト被膜の現像液への溶解挙動について検討されている。詳しくは金などを蒸着した水晶振動子板にポリマーの被膜を形成し、その水晶振動子板を現像液などに浸せきした状態で膜厚の変化(重量の変化)を水晶振動子の振動数変化により換算し、膜厚の減少速度を測定する方法である。本発明におけるQCM法における含フッ素重合体の溶解速度は、上記記載の重合体のみを溶剤に溶解させた溶液を水晶振動子板に塗布し、加熱などにより重合体のみの膜厚で80〜150nmの被膜を作成し上記方法で被膜の減少速度を測定したものであり、具体的に速度は浸せき時間に対して被膜の膜厚変化をプロットし、膜の中心部分であって膜厚全体に対して60%の部分での被膜の減少速度を算出したものである。
【0312】
本発明者らは目標とする50〜70nmといった超微細なレジストパターンを形成するためには、従来の含フッ素重合体、さらには従来のレジスト用ポリマーに比べても特に高度な現像液溶解速度が必要であることを見出した。
【0313】
本発明によると現像液可溶性基としてOH基のみを有する含フッ素重合体であっても現像液溶解性の大幅な改善がなされた含フッ素重合体を用いることで、高解像度な超微細レジストパターンが可能となるものである。
【0314】
また、本発明の上記含フッ素重合体は、さらに157nmでの透明性とドライエッチ耐性に優れる点で好ましい。
【0315】
本発明の含フッ素重合体の現像液溶解速度は上記QCM測定法で500nm/sec以上であるが、好ましくは750nm/sec以上、より好ましくは1000以上、特に好ましくは1500nm/sec以上である。それによって更なる高解像度な超微細レジストパターンが可能となるため好ましいものである。
【0316】
また一方、750nm/sec以上といった現像速度の速い重合体についてQCM測定法を検討した結果、0.595重量%TMAH溶液といった低濃度の現像液を用いて上記同様のQCM測定を行うことで、より精度の高く、再現性の良好な測定が可能であることを見出し、同時に現像液溶解速度の比較を行った。
【0317】
その0.595重量%TMAH溶液で測定した溶解速度においては1nm/sec以上好ましくは2nm/sec以上、より好ましくは5nm/sec以上、さらに好ましくは10nm/sec以上、特に好ましくは20nm/sec以上である。
【0318】
本発明の式(M−3)、(M−4)のレジスト用含フッ素重合体の現像液溶解性を付与する官能基はOH基のみであり、OH基は157nmでの透明性を低下させない点で好ましく、逆に−COOHや−SO3Hなどの導入は157nmでの透明性を低下させる点で好ましくない。
【0319】
本発明の式(M−3)、(M−4)の重合体における構造単位(M1)は炭素数2または3のエチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する含フッ素エチレン性単量体(m1)由来の繰り返し単位であり、前記現像液溶解性に優れた重合体の製造方法で例示したものと同様のものが同様に好ましくあげられる。
【0320】
本発明の式(M−3)、(M−4)の重合体における構造単位(M2−3)はOH基を有するフッ素原子を有していても良いノルボルネン誘導体(m2−3)由来の繰り返し単位であり、ノルボルネン誘導体(m2−3)は前記現像液溶解性に優れた重合体の製造方法で例示した酸反応性基Yを有するノルボルネン誘導体(m2−2b)の例示のそれぞれについて酸反応性基YをOH基に置き換えたものが同様に好ましくあげられ、なかでも、式(3):
【0321】
【化47】
【0322】
(式中、Rf2は炭素数1〜10の含フッ素アルキル基またはエーテル結合を有する含フッ素アルキル基)で表わされる構造をノルボルネン誘導体に存在することが好ましく、現像液への溶解性に優れ、かつ157nm光に対する透明性に優れる点で好ましい。
【0323】
式(3)の部位において、Rf2は、なかでも炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基、さらにはCF3であることが特に好ましい。
【0324】
式(3)の部位は、含フッ素アルキル基Rf2とOH基がノルボルネン誘導体の環構造を形成する炭素原子に同時に結合しているものであっても良いし、環構造を形成しない炭素原子に同時に結合し、式(3)の部位が環構造を形成する炭素原子に側鎖の形態で結合したものであっても良い。
【0325】
本発明の式(M−4)の重合体において構造単位(M2−4)に含まれる酸解離性官能基Y3は光酸発生剤から発生する酸と反応してOH基に変化する官能基であり、OH基に変化した後も、同様に優れた現像液溶解性を示すものである。さらに157nm光での透明性にも優れている。
【0326】
酸解離性官能基Y3は具体的には、前記例示と同様のものが好ましく、たとえば、
【0327】
【化48】
【0328】
(式中、R31、R32、R33およびR34は同じかまたは異なり、いずれも炭素数1〜5のアルキル基)で示される基が好ましくあげられる。
【0329】
より具体的には、
【0330】
【化49】
【0331】
が好ましく例示でき、なかでも酸反応性が良好な点で、
【0332】
【化50】
【0333】
が好ましく、さらに透明性が良好な点で、−OC(CH3)3、−OCH2OCH3、−OCH2OC2H5が好ましい。
【0334】
さらには上記式(3)の構造をノルボルネン誘導体中に含むものが好ましい。
【0335】
本発明の式(M−3)の重合体において、構造単位M2は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)由来の繰り返し単位であり、前記現像液溶解性に優れた重合体の製造方法で例示したもののうち、前述の構造単位(M2−2)以外のものであり、任意の構造単位である。
【0336】
好ましくは、官能基を含まない単環または複環構造を重合体主鎖に有する構造単位、たとえば前述の単量体(m2−1a)、(m2−1b)由来の繰り返し単位であることが好ましい。主に、溶剤との溶解性や基材との塗れ性、重合体のガラス転位温度、機械的特性を調整する目的で導入される。
【0337】
本発明の式(M−3)、(M−4)の重合体において、構造単位Nは任意の構造単位であり、前述の重合体の製造方法で例示した構造単位Nと同様エチレン性単量体由来の構造単位から選ばれ、溶剤との溶解性や基材との塗れ性等を調整する目的で導入される。さらには、現像液溶解性を付与するような官能基は含まないか、含んでもOH基または酸で反応してOH基に変化する酸解離性官能基を有するものである。それによってさらに現像液溶解性を改善することができ、好ましい。ただし、重合体全体に対し20モル%以下であり、好ましくは15モル%以下であり、より好ましくは10モル%以下、本発明の現像液溶解性に優れた重合体においては、5モル%以下、構造単位Nを含まない重合体で充分な現像液溶解性を有する場合、構造単位Nは特には含まい方がよい。
【0338】
任意成分であるエチレン性単量体由来の構造単位Nが多くなりすぎるとドライエッチ耐性が低下するため好ましくない。
【0339】
本発明の式(M−3)の重合体における含フッ素エチレン性単量体由来の構造単位(M1)と主鎖に環構造を形成する構造単位の合計、つまり{(M2−3)+(M2)}の存在比率は(M1)+(M2−3)+(M2)=100としたとき(M1)/{(M2−3)+(M2)}が30/70〜70/30モル比であり、好ましくは35/65〜65/35モル比、より好ましくは40/60〜60/40モル比、さらに好ましくは40/60〜50/50モル比である。
【0340】
構造単位(M1)の比率が大きすぎると現像液溶解性が低下し、構造単位(M1)比率が小さすぎると157nm光での透明性が低下するため好ましくない。
【0341】
環構造を形成する構造単位{(M2−3)+(M2)}の比率が大きすぎると157nm光での透明性が低下し、構造単位{(M2−3)+(M2)}の比率が小さすぎるとドライエッチ耐性が低下するため好ましくない。
【0342】
本発明の式(M−4)の重合体においても同様に、含フッ素エチレン性単量体由来の構造単位(M1)と主鎖に環構造を形成する構造単位の合計、つまり{(M2−3)+(M2−4)}の存在比率は(M1)+(M2−3)+(M2−4)=100としたとき(M1)/{(M2−3)+(M2−4)}が30/70〜70/30モル比であり、好ましくは35/65〜65/35モル比、より好ましくは40/60〜60/40モル比、さらに好ましくは40/60〜50/50モル比である。構造単位(M1)の比率が大きすぎると酸解離後の現像液溶解性が低下し、構造単位(M1)比率が小さすぎると157nm光での透明性が低下するため好ましくない。
【0343】
環構造を形成する構造単位{(M2−3)+(M2−4)}の比率が大きすぎると157nm光での透明性が低下し、構造単位{(M2−3)+(M2−4)}の比率が小さすぎるとドライエッチ耐性が低下するため好ましくない。
【0344】
本発明の式(M−3)、(M−4)の重合体の分子量は共に数平均分子量で1000〜50000であり、好ましくは1500〜30000、より好ましくは2000〜20000、さらに好ましくは2000〜10000である、分子量が低すぎると、透明性が低下したり、ドライエッチ耐性が低下するため好ましくない。また、分子量が高すぎると、現像液溶解性が低下するため好ましくない。
【0345】
本発明の式(M−3)、(M−4)の重合体自体、157nm光での透明性に優れたものであり、具体的には157nm波長の吸光係数が1.5μm-1以下のものであり、好ましくは1.0μm-1以下、特に好ましくは0.6μm-1以下であることが好ましい。これら含フッ素重合体はF2レーザー(157nm)の光線を用いるリソグラフィープロセスに効果的に利用できる。
【0346】
本発明は、さらに
(A−2)OH基または酸でOH基に変換できる酸解離性官能基の少なくとも1種の酸反応性基Y4を有する含フッ素重合体、
(B)光酸発生剤、および
(C)溶剤
からなる組成物に関し、
該含フッ素重合体(A−2)が本発明の前記式(M−3)および/または式(M−4)の重合体であるフォトレジスト組成物に関する。
【0347】
本発明のフォトレジスト組成物において、含フッ素重合体(A−2)は前記式(M−3)、(M−4)の重合体の例示と同様のものが好ましくあげられる。
【0348】
本発明のフォトレジスト組成物において、光酸発生剤(B)の種類や使用比率は前述の新規な製造方法で得られた含フッ素重合体(A−1)を含むフォトレジスト組成物で例示した光酸発生剤(B)と同様のものが好ましくあげられる。
【0349】
本発明のフォトレジスト組成物において、溶剤(C)の種類や使用比率は前述の新規な製造方法で得られた含フッ素重合体(A−1)を含むフォトレジスト組成物で例示した溶剤(C)と同様のものが好ましくあげられる。
【0350】
本発明のフォトレジスト組成物において、光酸発生剤(B)、溶剤(C)以外の添加物においても前述の含フッ素重合体(A−1)を含むフォトレジスト組成物で例示したものと同様なものが好ましく利用できる。
【0351】
本発明のフォトレジスト組成物は、従来のフォトレジスト技術のレジストパターン形成方法において使用される。特にレジストパターン形成方法を好適に行なうには、まずシリコンウェハーのような支持体上にフォトレジスト組成物の溶液をスピンナーなどで塗布し、乾燥して感光層を形成させ、これに縮小投影露光装置などにより、紫外線、deep−UV、エキシマレーザー光、X線を所望のマスクパターンを介して照射するか、あるいは電子線により描画し、加熱する。ついでこれを現像液、たとえば1〜10重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液のようなアルカリ性水溶液などを用いて現像処理する。この形成方法でマスクパターンに忠実な画像を得ることができる。
【0352】
半導体デバイスの微細回路パターンを形成する際、フォトリソグラフィープロセスにおける現像工程では、現像液として2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が好ましく用いられる。
【0353】
またさらに、レジスト被膜との塗れ性を調整するため、2.38重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液中に界面活性剤やメタノール、エタノール、プロパノールまたはブタノールなどのアルコール類を添加しても良い。
【0354】
なかでも本発明のフォトレジスト組成物を用いることによって、真空紫外領域においても透明性の高いレジスト被膜(感光層)を形成できることが見出されている。それによって特に今後0.07μmのテクノロジーノードを目指して開発中のF2レーザー(157nm波長)を用いたフォトリソグラフィープロセスに好ましく利用できるものである。
【0355】
本発明のフォトレジストを塗布した被膜は、前述のフォトレジスト組成物をスピンコートなどの塗装方法によってシリコンウェハーのような支持体上に塗布し、乾燥することによって形成され、被膜中には、OH基および/または酸でOH基に変換できる酸解離性官能基を有する含フッ素重合体(A−2)、光酸発生剤(B)、その他の添加物などの固形成分が含まれている。
【0356】
形成するレジスト被膜の膜厚は、通常1.0μm以下の薄層被膜であり、好ましくは0.01〜0.5μm、より好ましくは0.05〜0.5μmの薄膜である。
【0357】
さらに本発明のフォトレジスト組成物を塗布した被膜は、真空紫外領域の透明性が高いものが好ましく、具体的には157nm波長の吸光係数が2.0μm-1以下のものであり、好ましくは1.5μm-1以下、特に好ましくは1.0μm-1以下、さらには0.6μm-1以下であることが好ましい。この被膜はF2レーザー(157nm)の光線を用いるリソグラフィープロセスに効果的に利用できる。
【0358】
なお、レジスト被膜が施される基材は、従来レジストが適用される各種基材が同様に利用できる。たとえばシリコンウェハー、有機系または無機系反射防止膜が設けられたシリコンウェハー、ガラス基板などのいずれでもよい。特に有機系反射防止膜が設けられたシリコンウェハー上での感度、プロファイル形状が良好である。
【0359】
【実施例】
つぎに本発明を実施例などにより説明するが、本発明はこれらの実施例などに限定されるものではない。
【0360】
実験例1(メタノールを用いたTFEとOH基含有含フッ素ノルボルネン(NB−1)との共重合体の合成)
バルブ、圧力ゲージ、攪拌器および温度計を備えた500mlのオートクレーブを窒素で数回置換した後に真空にして、OH基含有含フッ素ノルボルネン(NB−1):
【0361】
【化51】
【0362】
の39.0gとHCFC−141bの250mlの溶液を仕込んだ。ついでバルブよりTFE58.0gを仕込み、ペンタフルオロプロピオノイルパーオキサイド:(CF3CF2COO)2の10.0重量%パーフルオロヘキサン溶液10.5g、メタノール0.22gを入れ、35℃にて3時間、攪拌して反応させた。
【0363】
未反応モノマーを放出したのち、重合溶液を取り出し、濃縮後ヘキサンで再沈殿させ、共重合体を分離した。恒量になるまで真空乾燥を行ない、共重合体3.2gを得た。
【0364】
この共重合体の組成比は、1H−NMRおよび19F−NMR分析の結果より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)が50/50モル%の共重合体であった。
GPC分析により数平均分子量は3600であった。
【0365】
実験例2(メタノールを用いたTFEとOH基含有含フッ素ノルボルネン(NB−1)との共重合体の合成)
実験例1において、連鎖移動剤としてメタノールを0.11g使用した以外は実験例1と同様にして反応を行ない、共重合体3.7gを得た。
【0366】
この共重合体の組成比は、1H−NMRおよび19F−NMR分析の結果より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)が50/50モル%の共重合体であった。
GPC分析により数平均分子量は3700であった。
【0367】
実験例3(TFEとOH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)との共重合体の合成)
実験例1において、連鎖移動剤を使用しなかった以外は実験例1と同様にして反応を行ない、共重合体3.5gを得た。
【0368】
この共重合体の組成比は、1H−NMRおよび19F−NMR分析の結果より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)が50/50モル%の共重合体であった。
GPC分析により数平均分子量は3700であった。
【0369】
実験例4(TFEとOH基含有含フッ素ノルボルネン(NB−1)との共重合体の合成)
実験例1において、連鎖移動剤を使用せず、OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)を30.6g、重合開始剤としてパーロイルTCP(ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート)を6.5g用いた以外は実験例1と同様にして40℃で反応を行ない、共重合体3.9gを得た。
【0370】
この共重合体の組成比は、1H−NMRおよび19F−NMR分析の結果より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)が50/50モル%の共重合体であった。
GPC分析により数平均分子量は3700であった。
【0371】
実験例5(連鎖移動剤としてメタノールを用いたTFE、OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)とOCH2OCH2CH3基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−2)との共重合体の合成)
実験例1において、(NB−1)を23.5gとOCH2OCH2CH3基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−2):
【0372】
【化52】
【0373】
を18.9g使用した以外は実験例1と同様にして反応を行ない、共重合体3.0gを得た。
【0374】
この共重合体の組成比は、1H−NMRおよび19F−NMR分析の結果より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)/前記OCH2OCH2CH3基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−2)が50/30/20モル%の共重合体であった。
GPC分析により数平均分子量は3000であった。
【0375】
実験例6(OCH2OCH2CH3基の脱保護反応)
還流管を備えた50mlナスフラスコに実験例5で得られたポリマーを1.0gとり、ここにジクロロメタン20mlとトリフルオロ酢酸を0.5g加え、撹拌しながらジクロロメタンが還流する温度で3時間反応させた。反応終了後、ジクロロメタン溶液を水洗、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、エバポレーターにてジクロロメタンを留去した後、恒量になるまで60℃で真空乾燥し、0.7gの白色固体を得た。1H−NMRおよび19F−NMR分析より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)/前記OCH2OCH2CH3基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−2)が50/49.5/0.5モル%の共重合体であった。
【0376】
実験例7(TFEとOH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)との共重合体の合成)
実験例1において、連鎖移動剤を使用せず、OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)を23.5g、OCH2OCH2CH3基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−2)を18.9g用いた以外は実験例1と同様にして反応を行ない、共重合体2.9gを得た。
【0377】
この共重合体の組成比は、1H−NMRおよび19F−NMR分析の結果より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)/前記OCH2OCH2CH3基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−2)が50/29/21モル%の共重合体であった。
GPC分析により数平均分子量は3000であった。
【0378】
実験例8(OCH2OCH2CH3基の脱保護反応)
還流管を備えた50mlナスフラスコに実験例7で得られたポリマーを1.0gとり、実験例6と同様にしてトリフルオロ酢酸と反応および単離を行ない、0.8gの白色固体を得た。1H−NMRおよび19F−NMR分析より、TFE/前記OH基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−1)/前記OCH2OCH2CH3基含有含フッ素ノルボルネン誘導体(NB−2)が50/50/0モル%の共重合体であった。
【0379】
実験例9(現像液に対する溶解性の測定)
実験例1〜8で得られた含フッ素重合体およびパラヒドロキシスチレン(PHS)の重合体を用いて、以下のようにして水晶振動子法(QCM法)により溶解速度を測定した。
【0380】
(1)試料の作製:金で被覆された直径24mmの水晶振動子板に膜厚80nm反射防止膜(SHIPLEY社製、AR19)を形成し、その上に実験例1〜7で得た含フッ素重合体およびパラヒドロキシスチレンの重合体(PHS、アルドリッチ社製 重量平均分子量8000)をPGMEAに溶解させた溶液(重合体濃度:1〜10%)を塗布し110℃で90秒乾燥後、100nmの被膜を作製した。
【0381】
(2)溶解速度の測定:膜厚は水晶振動子板の振動数から換算して算出し測定する。
【0382】
上記、含フッ素重合体を塗布した水晶振動子板を標準現像液である2.38重量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキサイド(TMAH)水溶液に浸し、浸漬させた時点から時間に対する被膜の膜厚変化を、振動数の変化により測定し、単位時間あたりの溶解速度(nm/sec)を算出した。(参考文献:Advances in Resist Technology and Proceedings of SPIE Vol. 4690, 904(2002))。
【0383】
さらに、0.595重量%濃度のTMAH水溶液を用いて同様に溶解速度を測定した。結果を表1に示す。
【0384】
実験例10(157nm波長での透明性の測定)
(1)塗布用組成物の作製
実験例1〜5、7で製造した各種含フッ素重合体およびPHSをPGMEAに1〜10%濃度となるように溶解して塗布用組成物を調製した。
【0385】
(2)コーティング
▲1▼透明性測定用基材(MgF2)への塗布
MgF2の基板上に、各塗布用組成物をスピンコーターを用い、室温で1000回転の条件でコートした。塗布後100℃で15分間焼成し、透明な被膜を作製した。
【0386】
▲2▼膜厚測定
MgF2基板に代えてシリコンウエハーを用いた以外は上記と同じ条件でそれぞれの塗布用組成物を用いてシリコンウエハー上に被膜を形成した。
【0387】
AFM装置(セイコー電子(株)SPI3800)にて各被膜の厚さを測定した。
【0388】
(3)真空紫外領域の透明性測定
▲1▼測定装置
・瀬谷−波岡型分光装置(高エネルギー研究機構:BL−7B)
・スリット 7/8−7/8
・検出器 PMT
・グレーティング(GII:ブレーズ波長160nm、1200本/mm)
光学系は、H.NambaらのRev.Sic.Instrum.,60(7)、1917(1989)を参照。
【0389】
▲2▼透過スペクトルの測定
各塗布用組成物から(2)▲1▼の方法で得たMgF2基板上に形成した被膜の200〜100nmの透過スペクトルを上記の装置を用いて測定した。
【0390】
157nmにおける透過率と被膜の膜厚から分子吸光度係数を算出した。結果を表1に示す。
【0391】
実験例11(フォトレジスト用組成物の作製とレジスト被膜の透明性測定)
(1)フォトレジスト用組成物の調製
実験例5で製造した含フッ素重合体(A−2)と重合体(A−2)に対して5重量%の光酸発生剤(B)を溶剤(C)としてPGMEAに溶解させ重合体濃度5重量%に希釈した。
【0392】
なお光酸発生剤としてS−(トリフルオロメチル)−ジベンゾチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート
【0393】
【化53】
【0394】
を用いた。
【0395】
(2)コーティング
上記フォトレジスト用組成物を用い、Si基板状に膜厚100nmとなるようにスピンコーターで塗布し、乾燥させた。
【0396】
(3)真空紫外領域の透明性の測定
実験例10と同様にして行なった。157nmにおける分子吸光度係数を表1に示す。
【0397】
【表1】
【0398】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、真空紫外領域における透明性に優れ、しかも含フッ素重合体でありながらアルカリ現像液に対する優れた溶解性を併せもつフォトレジスト用含フッ素重合体を製造することができ、特にF2レジスト用として超微細パターンを形成することができる含フッ素重合体を製造することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel method for producing a fluoropolymer, and further to production of a fluoropolymer for a photoresist which is transparent in the vacuum ultraviolet region, particularly F2 laser (157 nm) light and has excellent solubility in an alkaline developer. The present invention relates to a method and a photoresist composition comprising the fluorine-containing polymer for photoresist.
[0002]
[Prior art]
As the need for high integration of large scale integrated circuits (LSIs) increases, fine processing techniques are required in photolithography techniques. In response to this requirement, far ultraviolet rays, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), and ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) which are shorter than conventional g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365 nm) are used as exposure light sources. It has been tried to be used as a practical application.
[0003]
Recently, a process using an F2 laser beam (wavelength of 157 nm) in the vacuum ultraviolet region is being studied as a further ultrafine processing technique, and it is promising as an exposure technique aiming for a future technology node of 0.07 μm.
[0004]
Examples of such resist resins used in conventional photolithography include those in which part or all of the hydroxyl groups of the phenolic resin are protected with protecting groups such as acetals and ketals (KrF resists), and methacrylic acid resins. Examples include an acid dissociable ester group introduced into a carboxyl group (ArF resist).
[0005]
However, these conventional resist polymers have strong absorption in the wavelength region of vacuum ultraviolet, and have low transparency in F2 laser light having a wavelength of 157 nm, which is being studied for use as an ultrafine patterning process (the extinction coefficient is low). There is a fundamental problem. Therefore, in order to perform exposure with the F2 laser, it is necessary to extremely reduce the film thickness of the resist, and it is practically difficult to use it as a single-layer F2 resist.
[0006]
Therefore, studies have been made on resists using fluorine-containing polymers that are highly transparent to F2 laser light.
[0007]
Among them, a fluoropolymer obtained by copolymerizing a fluoroolefin having 2 or 3 carbon atoms represented by tetrafluoroethylene and / or a fluoropolymer having a ring structure in the main chain has both transparency and dry etching resistance. And is useful as a resist polymer.
[0008]
As these fluorine resists, a fluorine-containing polymer for resist having a functional group that reacts with an acid, and a resist composition using the same have been proposed (for example, see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). .
[0009]
In these patent documents, a copolymer of a fluoroolefin typified by tetrafluoroethylene and an alicyclic monomer typified by norbornene (or a norbornene derivative) is specifically described. Specifically, no quantitative study has been made on the solubility in tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (abbreviated as “TMAH aqueous solution”).
[0010]
[Patent Document 1]
International Publication No. 00/17712 Pamphlet
[Patent Document 2]
International Publication No. 00/67072 Pamphlet
[Patent Document 3]
WO 01/74916 pamphlet
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have intensively studied in view of these problems, and include a fluorine-containing polymer for a resist having an acid-reactive group by radical (co) polymerizing a fluoroolefin or a monomer that forms a ring structure in the main chain. Is obtained by radical (co) polymerization using a specific chain transfer agent, and a fluorine-containing polymer for resist is efficiently obtained, and the solubility of the fluorine-containing polymer in an alkaline developer (TMAH aqueous solution) is obtained. Found a dramatic improvement.
[0012]
The first object of the present invention is excellent in transparency in F2 laser light by radical (co) polymerizing a fluoroolefin or a monomer that forms a ring structure in the main chain using a specific chain transfer agent. The object is to provide a method for producing a fluoropolymer for resist.
[0013]
The second object of the present invention is to provide transparency in F2 laser light by copolymerizing a fluoroolefin and a specific monomer having a specific functional group and forming a ring structure in the main chain by such a production method. Another object of the present invention is to provide a fluorine-containing polymer for resists excellent in solubility in an alkaline developer (TMAH aqueous solution).
[0014]
The third object of the present invention is to provide a composition for a resist, particularly an F2 resist, which contains a fluoropolymer having excellent transparency and solubility in an alkaline developer (TMAH aqueous solution).
[0015]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent investigations to achieve the above object, the present inventors have used a fluorine-containing copolymer obtained by using a specific chain transfer agent as a photoresist resin, compared with a fluorine-containing polymer produced by a conventional method. It has been found that when used, the solubility in an alkaline developer (TMAH aqueous solution) is dramatically improved. Further, a specific fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the main chain having a specific functional group therein, and having a dissolution rate in a TMAH aqueous solution measured by a QCM measurement method is greater than a specific value. Thus, it has been found that it is particularly useful in that it can form a high-resolution pattern when used in an ultrafine processing process.
[0016]
The first of the present invention is a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure repeating unit (M2) in the polymer main chain, and an acid-reactive group Y that reacts with an acid in the polymer.1Or acid-reactive group Y1Y group convertible to2In order to obtain a fluorine-containing polymer for resists having the following formula, a monomer mixture containing a monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain is represented by the formula (1) in the presence of a radical polymerization initiator. :
R- (X)n
(In the formula, R is selected from hydrocarbon groups optionally containing an ether bond having 1 to 20 carbon atoms, and a part of hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms; X coexists with a chain transfer agent having a specific functional group represented by a functional group containing an oxygen atom and at least one functional group selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted amino group; n is an integer of 1 to 4) The present invention relates to a method for producing a fluorine-containing polymer for a resist excellent in solubility in an alkaline developer, characterized by radical polymerization.
[0017]
According to the production method of the present invention, the obtained fluoropolymer is excellent in transparency to light in the vacuum ultraviolet region, and is excellent in developer solubility.
[0018]
The second of the present invention is (A-1) an OH group, an acid dissociable functional group that can be converted to an OH group by an acid, a COOH group, or an acid dissociable functional group that can be dissociated by an acid to be converted to a COOH group At least one acid-reactive group Y1A fluorine-containing polymer having
(B) a photoacid generator, and
(C) Solvent
And the fluorine-containing polymer (A-1) is a polymer obtained by the production method according to the first aspect of the present invention.
[0019]
Such a photoresist composition provides a resist film that is excellent in transparency of vacuum ultraviolet light and excellent in solubility in an alkaline developer, and enables high-resolution pattern formation when used in an ultrafine processing process. It is a particularly useful photoresist composition.
[0020]
A third aspect of the present invention is a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in a polymer main chain having an OH group and having only an OH group as a functional group that imparts solubility to a developer. The polymer is represented by the formula (M-3):
-(M1)-(M2-3)-(M2)-(N)-(M-3)
(In the formula, the structural unit M1 is an ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms and is a repeating unit derived from a fluorine-containing ethylenic monomer (m1) having at least one fluorine atom; structural unit M2-3 Is a repeating unit derived from a norbornene derivative (m2-3) which may have a fluorine atom having an OH group; the structural unit M2 is derived from a monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain. The repeating unit; the structural unit N is represented by the monomer (m1), (m2-3) and the repeating unit derived from the monomer (n) copolymerizable with the monomer (m2). 24 to 70 mol%, 1 to 70 mol% of the structural unit M2-3, 0 to 69 mol% of the structural unit M2-4, 0 to 20 mol% of the structural unit N, and (M1) + (M2-3 ) + (M2-4) = 100 (M1) / {(M2 3) + (M2-4)} is a fluoropolymer having a number average molecular weight of 1000 to 50000 in a 30/70 to 70/30 molar ratio, and the fluoropolymer is measured by a QCM measurement method described later. The present invention relates to a fluorine-containing polymer for a resist excellent in solubility in a developing solution having a dissolution rate in a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution of 500 nm / sec or more.
[0021]
Such a fluoropolymer for resist provides a resist film that is particularly excellent in transparency of vacuum ultraviolet light and has excellent solubility in an alkaline developer, and can form a high-resolution pattern when used in an ultrafine processing process. Therefore, it is a particularly useful polymer.
[0022]
The fourth of the present invention is (A-2) at least one acid-reactive group Y of an acid-dissociable functional group that can be converted to an OH group with an OH group or an acid.FourA fluorine-containing polymer having
(B) a photoacid generator, and
(C) Solvent
The photoresist composition comprising the fluorine-containing polymer (A-2) is a fluorine-containing polymer for resist obtained in the third invention of the present invention.
[0023]
Such a photoresist composition and resist film provide a resist film that is further excellent in transparency of vacuum ultraviolet light and excellent in solubility in an alkali developer, and has an ultra-fine high-resolution ultra-high resolution when used in an F2 photolithography process. Since a fine pattern can be formed, it is a particularly useful photoresist composition.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The fluoropolymer produced by the production method of the present invention is a fluoropolymer having an aliphatic ring structure repeating unit (M2) in the polymer main chain, in other words, an aliphatic ring in the polymer main chain. The polymer has a repeating unit (M2) derived from the monomer (m2) which may contain a fluorine atom capable of giving a structure as an essential component, and the acid-reactive group Y1Or acid-reactive group conversion group Y2(Hereinafter also referred to as “acid-reactive functional group Y”). Moreover, arbitrary repeating units (N) may further be included.
[0025]
As will be described in detail later, the fluoropolymer produced is preferably an ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms in addition to the repeating unit (M2) of the aliphatic ring structure in the polymer main chain. Having a repeating unit (M1) derived from a fluorine-containing ethylenic monomer (m1) having at least one fluorine atom, and an acid-reactive group Y1Or acid-reactive group conversion group Y2(Hereinafter also referred to as “acid-reactive functional group Y”). Moreover, arbitrary repeating units (N1, N) may further be included. (Fluoropolymer of formula (M-1))
[0026]
In addition, the fluorine atom in the fluoropolymer obtained in the present invention is not necessarily derived from the monomer (m2) (or the monomer (m1)), but any other comonomer. (N1, n, etc.) may be derived.
[0027]
The method for introducing the acid-reactive functional group Y into the polymer will be described in detail later.
(I) a method of copolymerizing a monomer (m2-2) (structural unit (M2-2)) having an acid-reactive functional group Y as a monomer (m2) that forms an aliphatic ring structure;
(II) Method of copolymerizing monomer (n1-2) other than monomer (m2) and having acid-reactive functional group Y
Etc.
[0028]
Hereinafter, the chain transfer agent will be described first, and then each monomer that undergoes radical polymerization will be specifically described.
[0029]
In the production method of the present invention, when obtaining the above-mentioned fluoropolymer, a monomer mixture containing the monomer m2 is represented by the formula (1):
R- (X)n
(In the formula, R is selected from hydrocarbon groups optionally containing an ether bond having 1 to 20 carbon atoms, and a part of hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms; X is an oxygen atom-containing functional group and at least one functional group selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted amino group; n is an integer of 1 to 4, and at least one oxygen atom-containing group in the molecule It is characterized by radical polymerization using a chain transfer agent having a substituted or unsubstituted amino group.
[0030]
By using such a chain transfer agent, the functional group X can be partially imparted to the polymer terminal, thereby improving the hydrophilicity of the polymer itself, and the inclusion of the acid-reactive functional group Y of the present invention for a resist. It is considered that the solubility of the fluoropolymer (after exposure or after removal of the protecting group) in the developer is improved.
[0031]
Conventionally, the solubility of a fluorine-containing polymer for resist in a developing solution has been dependent on the acid-reactive functional group Y (or the protecting group in Y is eliminated), but the acid-reactive functional group Y However, sufficient development characteristics (resolution) could not be obtained only by introduction of.
[0032]
As a result of intensive studies on a method for producing a fluoropolymer for resist, the present inventors use a chain transfer agent of the above formula (1) when producing a fluoropolymer having an acid-reactive functional group Y. As a result, the solubility in the developer is further greatly improved, and a high-resolution fine pattern can be formed.
[0033]
As the chain transfer agent used in the production method of the present invention, as shown in the formula (1), a chain having at least one functional group selected from the group consisting of an oxygen atom-containing group and a substituted or unsubstituted amino group in the molecule. Although it will not specifically limit if it is a transfer agent, The following are mentioned preferably.
[0034]
Examples of the oxygen atom-containing group in the functional group X contained in the chain transfer agent used in the production method of the present invention include a hydroxyl group, a carboxyl group, an acyl group, a substituted oxy group, a substituted oxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted carbamoyl group, hydroxy Examples include imino group, substituted oxyimino group, sulfonic acid group, sulfonic acid ester group, and nitro group.
[0035]
Examples of the substituted oxy group include alkoxy groups such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a t-butoxy group, and a cyclohexyloxy group (particularly C1-6Alkoxy group); aryloxy group such as phenoxy group; aralkyloxy group such as benzyloxy group; acyloxy group such as acetoxy group, propionyl group, benzoyloxy group (especially C1-5An aliphatic acyloxy group or an aromatic acyloxy group); an alkoxycarbonyloxy group such as a methoxycarbonyloxy group, an ethoxycarbonyloxy group, or a t-butoxycarbonyloxy group (particularly C1-4Alkoxycarbonyloxy group) and the like.
[0036]
Examples of the substituted oxycarbonyl group include alkoxycarbonyl groups such as methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, propoxycarbonyl group, t-butoxycarbonyl group (particularly C1-4Alkoxy-carbonyl groups); aryloxycarbonyl groups such as phenoxycarbonyl groups; aralkyloxycarbonyl groups such as benzyloxycarbonyl groups and the like.
[0037]
Examples of the acyl group include aliphatic acyl groups such as formyl group, acetyl group, propionyl group and cyclohexanoyl group (particularly C1-6Aliphatic acyl groups); aromatic acyl groups such as benzoyl groups; heterocyclic acyl groups such as pyridinecarbonyl groups.
[0038]
Examples of the substituted or unsubstituted carbamoyl group include a carbamoyl group; a mono- or dicarbamoyl group such as a methylcarbamoyl group, an ethylcarbamoyl group, a dimethylcarbamoyl group, and a diethylcarbamoyl group (particularly C1-4Alkylcarbamoyl group); cyclic aminocarbonyl groups such as 1-pyrrolidylcarbonyl group, piperidinocarbonyl group and morpholinocarbonyl group. Examples of the substituted oxyimino group include alkoxyimino groups such as methoxyimino group and ethoxyimino group (particularly C1-4Alkoxyoxymino groups); aryloxyimino groups such as phenoxyimino groups; aralkyloxyimino groups such as benzyloxyimino groups and the like.
[0039]
Examples of the sulfonate group include alkyl sulfonate groups such as methyl sulfonate group and ethyl sulfonate group (particularly C1-4Alkylsulfonic acid ester group) and the like.
[0040]
The functional group X contained in the chain transfer agent used in the production method of the present invention may be a substituted or unsubstituted amino group. Specifically, for example, an amino group; a mono- or dialkylamino group such as a methylamino group, an ethylamino group, a dimethylamino group, or a diethylamino group (particularly C1-4Monoalkylamino group); cyclic amino groups such as 1-pyrrolidinyl group, piperidino group and morpholino group.
[0041]
The functional group X contained in the chain transfer agent is preferably a hydrophilic functional group or a group that can be converted into a hydrophilic functional group in the above examples.
[0042]
As the hydrophilic functional group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, and an unsubstituted amino group are preferable. Among them, a hydroxyl group, a carboxyl group, and a sulfonic acid group are preferable, and a hydroxyl group and a carboxyl group are particularly preferable. Furthermore, it is most preferable that it is a hydroxyl group at the point which is excellent in transparency.
[0043]
The group that can be converted into a hydrophilic functional group is a group that can be converted into the above-mentioned hydrophilic functional group by the action of acid, base, or heat. A group that can be converted into a group is preferred.
[0044]
For example,
[0045]
[Chemical Formula 3]
[0046]
(Wherein R7, R8, R9, RTen, R11, R12, R14, R18, R19, R20, Rtwenty one, Rtwenty two, Rtwenty four, Rtwenty five, R26, R27, R28, R29Are the same or different and are hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms; R13, R15, R16Are the same or different, H or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms; R17, Rtwenty threeAre the same or different and are divalent hydrocarbon groups having 2 to 10 carbon atoms.
[0047]
Of the above examples, t-butoxy group, t-butoxycarbonyl group, t-butoxycarbonyloxy group, methoxymethyl group, ethoxymethyl group and the like are preferable.
[0048]
Of the groups that can be converted into hydrophilic functional groups, a group that can be converted into a hydroxyl group or a carboxyl group is preferable, and further, a group that can be converted into a hydroxyl group in terms of excellent transparency. preferable.
[0049]
The hydrocarbon group R in the formula (1) representing the chain transfer agent is selected from hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, and may contain an ether bond therein. Moreover, a part of hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms.
[0050]
It is preferable that 1 to 4 functional groups X in the chain transfer agent of the formula (1) are bonded to the same or different carbon atoms in the hydrocarbon group R. In order to allow radical polymerization to proceed smoothly, the functional group X X is preferably one or two, more preferably one bonded to the hydrocarbon group R.
[0051]
In particular, the hydrocarbon group R is preferably a saturated aliphatic hydrocarbon group (for example, does not contain a carbon-carbon double bond or an aromatic group) from the viewpoint of excellent transparency.
[0052]
Specifically, it is selected from a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and an alkyl group having a saturated aliphatic cyclic structure.
[0053]
Of these, when the hydrocarbon group R contains a saturated aliphatic cyclic structure, it is preferable in that the dry etching resistance can be improved.
[0054]
The carbon number of the hydrocarbon group R is selected from 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, and further 1 to 6. If the number of carbon atoms is too large, radical polymerization will not proceed smoothly, such being undesirable.
[0055]
Specifically, as a linear or branched alkyl group,
[0056]
[Formula 4]
[0057]
Etc.
[0058]
Especially CHThree-, CHThreeCH2-, CHThreeCH2CH2-, (CHThree)2CH- etc. are preferred, more preferably CHThree-, (CHThree)2CH-, and further, in that radical polymerization proceeds smoothly, CHThree-Is most preferred.
[0059]
Specifically, as an alkyl group containing a saturated aliphatic cyclic structure,
[0060]
[Chemical formula 5]
[0061]
Etc. are preferred.
[0062]
Among the chain transfer agents used in the production method of the present invention, alcohols are preferable, preferably alcohols having 1 to 10 carbon atoms, more preferably monovalent alcohols having 1 to 10 carbon atoms.
[0063]
Specific examples include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butanol, t-butanol, 2-methylpropanol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, cyclopentanol, methylcyclopentanol, dimethylcyclopentanol and the like. .
[0064]
Of these, methanol, isopropanol, t-butanol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, cyclopentanol, methylcyclopentanol and the like are preferable, and methanol is particularly preferable.
[0065]
Next, each monomer that undergoes radical polymerization using the chain transfer agent of formula (1) will be described.
[0066]
First, a monomer (m2) that may contain a fluorine atom that can give the structural unit (M2) of the aliphatic ring structure to the polymer main chain, which is an essential component of the fluoropolymer for resist obtained in the present invention. ).
[0067]
The monomer (m2) can introduce an aliphatic ring structure unit (M2) that improves dry etching resistance into a polymer main chain when used in resist applications. Combined with this effect and the above-mentioned transparency in the vacuum ultraviolet region and the improvement effect of excellent solubility in an alkali developer, the fluoropolymer having an aliphatic ring structure in the main chain obtained by the production method of the present invention is , Especially preferred for an F2 laser resist.
[0068]
The monomer (m2) may be selected from unsaturated cyclic compounds having a radically polymerizable carbon-carbon unsaturated bond in the ring structure, and the monomer (m2) is cyclically linked to the main chain by cyclopolymerization of a diene compound. It may be selected from non-conjugated diene compounds capable of forming a structure.
[0069]
The monomer (m2) may or may not have the acid-reactive functional group Y in the monomer.
[0070]
By polymerizing this monomer (m2), a polymer having an aliphatic ring structural unit having a monocyclic structure or a multicyclic structure in the main chain can be obtained.
[0071]
The first preferred monomer (m2) is a monomer having a radical-polymerizable carbon-carbon unsaturated bond and capable of forming a monocyclic or polycyclic structure in the polymer main chain, and is acid-reactive. It is a monomer (m2-1) having no functional group Y.
[0072]
Specifically, a monomer (m2-1a) made of a monocyclic aliphatic unsaturated hydrocarbon compound having no acid-reactive functional group Y, a bicyclic aliphatic having no acid-reactive functional group Y It is selected from a monomer (m2-1b) composed of an unsaturated hydrocarbon compound, or a non-conjugated diene compound (m2-1c) capable of cyclopolymerization without the acid-reactive functional group Y described later.
[0073]
The monocyclic monomer (m2-1a) having no acid-reactive functional group Y is a 3-membered to 8-membered aliphatic unsaturated hydrocarbon compound which may contain an ether bond in the ring structure. Preferably there is.
[0074]
Specifically, the monomer (m2-1a) is
[0075]
[Chemical 6]
[0076]
Etc. are preferred.
[0077]
Furthermore, a monomer in which some or all of the hydrogen atoms of these monomers (m2-1a) are substituted with fluorine atoms may be used.
[0078]
[Chemical 7]
[0079]
Etc. are preferred.
[0080]
The other of the monomer (m2-1) has an aliphatic double ring structure that gives a structural unit having an aliphatic double ring structure in the polymer main chain and does not have an acid-reactive functional group Y. It is a monomer (m2-1b), and a preferable monomer (m2-1b) is a norbornene derivative.
[0081]
Specifically, the monomer (m2-1b) having an aliphatic polycyclic structure that does not have the acid-reactive functional group Y includes:
[0082]
[Chemical 8]
[0083]
Etc.
[0084]
A fluorine atom may be introduced into the ring structure of the norbornenes exemplified above, and the transparency can be improved without reducing the dry etching resistance by introducing the fluorine atom.
[0085]
Specifically, the formula:
[0086]
[Chemical 9]
[0087]
(In the formula, A, B, D and D ′ are the same or different, and all are H, F, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; An integer, wherein any one of A, B, D and D ′ contains a fluorine atom), specifically,
[0088]
Embedded image
[0089]
And fluorine-containing norbornene represented by
[0090]
others,
[0091]
Embedded image
[0092]
And norbornene derivatives such as
[0093]
The second preferable monomer (m2) is a monomer having a radical-polymerizable carbon-carbon unsaturated bond and capable of forming a monocyclic or polycyclic structure in the polymer main chain, and is acid-reactive. It is a monomer (m2-2) having a functional group Y.
[0094]
Specifically, a monomer (m2-2a) composed of a monocyclic aliphatic unsaturated hydrocarbon compound having an acid-reactive functional group Y, a bicyclic aliphatic unsaturated hydrocarbon compound having an acid-reactive functional group Y Or a monomer (m2-2c) having an acid-reactive functional group Y, which is a non-conjugated diene compound capable of cyclopolymerization, which will be described later.
[0095]
Among them, the monocyclic monomer (m2-2a) having an acid-reactive functional group Y is an unsaturated hydrocarbon compound having a 3-membered to 8-membered ring structure which may contain an ether bond in the ring structure. It is preferable. Similarly to the above, the monomer (m2-2a) may be a monomer in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms.
[0096]
Specifically, the monocyclic monomer (m2-2a) having the acid-reactive functional group Y is:
[0097]
Embedded image
[0098]
And other monomers.
[0099]
The other monomer (m2-2) having an acid-reactive functional group Y gives a structural unit having an aliphatic polycyclic structure in the polymer main chain, and has an acid-reactive functional group Y. It is a monomer (m2-2b) containing an aliphatic bicyclic structure, and a preferred monomer (m2-2b) is a norbornene derivative having an acid-reactive functional group Y.
[0100]
Specifically, the monomer (m2-2b) containing an aliphatic polycyclic structure having an acid-reactive functional group Y includes:
[0101]
Embedded image
[0102]
Etc.
[0103]
Furthermore, the monomer (m2-2b) having an aliphatic polycyclic structure having an acid-reactive functional group Y may be one in which part or all of the hydrogen atoms bonded to the ring structure are substituted with fluorine atoms. This is preferable in that it can impart further transparency to the polymer.
[0104]
In particular,
[0105]
Embedded image
[0106]
(In the formula, A, B and D are the same or different, and all are H, F, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group optionally having an ether bond having 1 to 10 carbon atoms; R is a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorine-containing alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluorine-containing alkylene group having an ether bond having 2 to 100 carbon atoms; a is an integer of 0 to 5; b Is 0 or 1. However, when b is 0 or R does not contain a fluorine atom, any one of A, B and D is a fluorine atom or a fluorine-containing alkyl group which may have an ether bond. And fluorine-containing norbornene derivatives represented by the formula:
[0107]
Among these, any of A, B and D is preferably a fluorine atom, or when A, B and D do not contain a fluorine atom, the fluorine content of R is 60% by weight or more. Is more preferable, and a perfluoroalkylene group is further preferable in terms of imparting transparency to the polymer.
[0108]
In particular,
[0109]
Embedded image
[0110]
Norbornene derivatives represented by the above.
[0111]
further,
[0112]
Embedded image
[0113]
(In the formula, A, B and D are the same or different and all are H, F, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group optionally having an ether bond having 1 to 10 carbon atoms; R Is a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorine-containing alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluorine-containing alkylene group having an ether bond having 2 to 100 carbon atoms; a is an integer of 0 to 5; And fluorine-containing norbornene derivatives represented by 0 or 1).
[0114]
In particular,
[0115]
Embedded image
[0116]
Norbornene derivatives such as are preferred.
[0117]
Furthermore, as a preferable thing of the monomer (m2-2b) containing the aliphatic polycyclic structure which has the acid reactive functional group Y, Formula:
[0118]
Embedded image
[0119]
(Where Rf1, Rf2Are the same or different and the fluorine-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or the fluorine-containing alkyl group having an ether bond; A, B, and D are the same or different, and all are H, F, Cl, and carbon atoms 1 to 10 Or a fluorine-containing alkyl group optionally containing an ether bond having 1 to 10 carbon atoms; R is H or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; n is an integer of 0 to 5) Derivatives.
[0120]
Specifically, for example
[0121]
Embedded image
[0122]
Etc.
[0123]
More specifically,
[0124]
Embedded image
[0125]
Etc. are preferred.
[0126]
Other formula:
[0127]
Embedded image
[0128]
(Where Rf1, Rf2Are the same or different and the fluorine-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or the fluorine-containing alkyl group having an ether bond; B and D are the same or different, and all are H, F, Cl, alkyl having 1 to 10 carbon atoms And a norbornene derivative represented by a fluorine-containing alkyl group optionally containing an ether bond having 1 to 10 carbon atoms; R is H or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; and n is an integer of 0 to 5). .
[0129]
These exemplary monomers (m2-1b) and (m2-2b) containing an aliphatic polycyclic structure are particularly preferable as a raw material for a resist polymer in that dry etch resistance can be imparted to the polymer. The production method of the present invention is also preferable in that a polymer can be produced efficiently by radical polymerization and the transparency can be effectively improved. In particular, norbornene derivatives containing a fluorine atom in a bicyclic structure are preferable from the viewpoint of transparency, and the production method of the present invention can efficiently produce a polymer by a radical polymerization method and can effectively improve transparency. preferable.
[0130]
Further, the norbornene derivative (m2-2b) having an acid-reactive functional group Y is preferable because it can efficiently introduce functional groups necessary for resist application into the polymer, resulting in advantages in transparency and dry etching resistance. .
[0131]
The third preferable monomer (m2) is a non-conjugated diene compound which may have a fluorine atom capable of forming an aliphatic ring structure by polymerization. The non-conjugated diene compound can efficiently give a polymer having a structural unit having a ring structure in the main chain, and can improve the transparency in the vacuum ultraviolet region as described above.
[0132]
As the non-conjugated diene compound, for example, a specific divinyl compound that gives a monocyclic structure to the main chain by cyclopolymerization is preferred, and those having no acid-reactive functional group Y (m2-1c), or acid reaction Having a functional group Y (m2-2c).
[0133]
As specific examples, for example, a formula that may have a fluorine atom or an acid-reactive functional group Y:
[0134]
Embedded image
[0135]
(Where Z1And Z2Are the same or different, hydrogen atom, fluorine atom, hydrocarbon group optionally having an ether bond of 1 to 5 carbon atoms, fluorine-containing alkyl group optionally having an ether bond of 1 to 5 carbon atoms) The diallyl compound shown by these is mention | raise | lifted.
[0136]
By radical cyclopolymerizing this diallyl compound,
[0137]
Embedded image
[0138]
(Where Z1, Z2Can form a monocyclic structural unit in the main chain as shown above.
[0139]
Also in these cyclized radical polymerizations, a fluorine-containing polymer having a ring structure in the polymer main chain is efficiently obtained by radical (co) polymerization using a chain transfer agent having a functional group of formula (1). In the same manner as described above, the solubility in the developer can be improved.
[0140]
In the fluoropolymer having the structural unit M2-2 produced by the method of the present invention, the structural unit M2-2 having the acid-reactive functional group Y is represented by the formula (2):
[0141]
Embedded image
[0142]
(Where Rf1Preferably has a moiety represented by a fluorine-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group having an ether bond) in terms of excellent solubility in a developing solution and excellent transparency to 157 nm light. .
[0143]
Rf1Is preferably a C 1-10 perfluoroalkyl group, more preferably a C 1-5 perfluoroalkyl group, and even more preferably CF.ThreeIt is particularly preferred that
[0144]
The site of the formula (2) is a fluorine-containing alkyl group Rf1And OH group may be bonded simultaneously to a carbon atom forming a ring structure, or may be bonded simultaneously to a carbon atom not forming a ring structure, and the site of formula (2) forms a ring structure. It may be bonded to the atom in the form of a side chain.
[0145]
Here, the acid-reactive functional group Y will be described. The acid-reactive functional group Y is the acid-reactive group Y as described above.1And acid-reactive group Y1Acid reactive group converting group Y convertible to2It is a general term.
[0146]
In the present invention, the acid-reactive group Y1Means an acid-dissociable or acid-decomposable functional group and an acid-condensable functional group.
[0147]
(1) Acid-dissociable or acid-decomposable functional group:
An acid-dissociable or acid-decomposable functional group is a functional group that is insoluble or hardly soluble in an alkali before reacting with an acid, but can be solubilized in an alkali by the action of an acid. This change in solubility in alkali makes it usable as a base polymer for a positive resist.
[0148]
Specifically, an -OH group, -COOH group, -SO by the action of an acid or cation.ThreeAs a result, the fluoropolymer itself becomes soluble in an alkali.
[0149]
The acid-dissociable or acid-decomposable functional group specifically includes
[0150]
Embedded image
[0151]
(Wherein R7, R8, R9, RTen, R11, R12, R14, R18, R19, R20, Rtwenty one, Rtwenty two, Rtwenty four, Rtwenty five, R26, R27, R28, R29Are the same or different and are hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms; R13, R15, R16Are the same or different, H or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms; R17, Rtwenty threeAre the same or different and are divalent hydrocarbon groups having 2 to 10 carbon atoms)
Can be preferably used, more specifically
[0152]
Embedded image
[0153]
Etc. are preferably exemplified.
[0154]
(2) Acid condensation reactive functional group:
The functional group having acid condensation reactivity is soluble in an alkaline developer (or other developing solvent) before reacting with the acid, but the polymer itself is converted into an alkaline developer (or other developing agent) by the action of the acid. It is a functional group that can be insoluble in a solvent.
[0155]
Specifically, self-condensation by the action of acid or cation, polycondensation or functional group that causes condensation reaction or polycondensation reaction with crosslinking agent by the action of acid, or rearrangement reaction by acid or cation (for example, Functional groups that cause a change in polarity due to pinacol rearrangement, carbinol rearrangement, etc., and in any case, the polymer itself is insoluble in an alkaline developer (or other developing solvent).
[0156]
Such insolubilization can be used as a base polymer for negative resists.
[0157]
Examples of the acid condensable functional group include —OH, —COOH, —CN, —SO.ThreeWhat is selected from H, an epoxy group and the like is a preferred specific example.
[0158]
When used, the crosslinking agent is not particularly limited and can be arbitrarily selected from those conventionally used as a crosslinking agent for negative resists. Preferred examples of the crosslinking agent include N-methylol melamine, N-alkoxymethylated melamine compound, urea compound, epoxy compound and isocyanate compound.
[0159]
The above acid-reactive group Y1Among these, at least one of an OH group, an acid dissociable functional group that can be converted to an OH group by an acid, a COOH group, and an acid dissociable functional group that can be dissociated by an acid to be converted to a COOH group is preferable.
[0160]
As an acid dissociable functional group that can be converted to an OH group with an acid,
[0161]
Embedded image
[0162]
(Wherein R31, R32, R33And R34Are preferably the same or different and each is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
[0163]
More specifically,
[0164]
Embedded image
[0165]
Can be preferably exemplified, in particular, the acid reactivity is good,
[0166]
Embedded image
[0167]
In view of good transparency, —OC (CHThree)Three, -OCH2OCHThree, -OCH2OC2HFiveIs preferred.
[0168]
As an acid dissociable functional group that can be converted to a -COOH group with an acid,
[0169]
Embedded image
[0170]
(Wherein R35, R36, R37, R38, R39, R40, R41, R42, R46, R47, R48Are the same or different and both are hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms; R43, R44Are the same or different and both are H or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms; R45Is a divalent hydrocarbon group having 2 to 10 carbon atoms).
[0171]
Embedded image
[0172]
Etc. are preferred.
[0173]
These acid reactive groups Y1Is usually an acid-reactive group Y1Can be introduced into the polymer by polymerizing according to the production method of the present invention.
[0174]
Or acid-reactive group Y1Acid-reactive group converting group Y that can be converted to2Is polymerized according to the production method of the present invention, introduced into the polymer, and then subjected to the target acid-reactive group Y by polymer reaction.1It can also be obtained by converting to.
[0175]
Target acid-reactive group Y by polymer reaction1For example, the formula can be converted into
[0176]
Embedded image
[0177]
(Where XFive, X6Is H or F; X7Is H, CHThreeOr CFThreeR represents a vinyl ester compound (acid-reactive group conversion group (ester group) Y) represented by an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group;2Monomer) having an acid-reactive group conversion group Y by copolymerizing m1 and / or m2 with the production method of the present invention.2And the acid-reactive group converting group Y of the obtained fluoropolymer.2OH group (acid-reactive group Y1) And the like.
[0178]
In the present invention, the acid-reactive group Y is introduced through these polymer reaction processes.1It also includes a method for producing a fluorine-containing polymer having.
[0179]
In any case, according to the production method of the present invention, the acid-reactive group Y1Can be efficiently obtained, and the solubility in a developer can also be improved.
[0180]
The fluorine-containing polymer having an acid-reactive functional group Y is a monomer (m2-2) having an acid-reactive functional group Y among monomers (m2) capable of giving an aliphatic ring structure, that is, the above-mentioned ( radical polymerization of at least one of m2-2a), (m2-2b) and (m2-2c) using a radical polymerization initiator in the presence of a chain transfer agent having a functional group of formula (1) It is obtained by.
[0181]
Alternatively, when the monomer (m2-1) having no acid-reactive functional group Y is used as the monomer (m2), the monomer (m1) having the acid-reactive functional group Y in the comonomer (n1). The monomer (m1-2) may be added to the monomer (m2) for copolymerization, and the structural unit (N1-2) having an acid-reactive functional group Y may be introduced in addition to the structural unit (M2). .
[0182]
As the monomer (n1-2) capable of introducing the acid-reactive functional group Y into any structural unit (N1-2), an ethylenic monomer having a copolymerizable acid-reactive functional group Y is preferable.
[0183]
Specifically, an acrylic monomer having an acid reactive functional group Y, a fluorine-containing acrylic monomer having an acid reactive functional group Y, an allyl ether monomer having an acid reactive functional group Y, A fluorine-containing allyl ether monomer having an acid-reactive functional group Y, a vinyl ether monomer having an acid-reactive functional group Y, a fluorine-containing vinyl ether monomer having an acid-reactive functional group Y, and the like are preferable.
[0184]
More specifically,
(Meth) acrylic acid, α-fluoroacrylic acid, α-trifluoromethyl acrylic acid, t-butyl (meth) acrylate, t-butyl-α-fluoroacrylate, t-butyl-α-trifluoromethyl acrylate,
[0185]
Embedded image
[0186]
(Where X1And X2Are the same or different and both are H or F; XThreeIs H, F, CHThreeOr CFThreeXFourIs H, F or CFThreeRf is a fluorine-containing alkylene group having 1 to 40 carbon atoms or a fluorine-containing alkylene group having an ether bond having 2 to 100 carbon atoms; a is an integer of 0 or 1-3; b is a fluorine-containing group represented by 0 or 1) It is an ethylenic monomer.
[0187]
Among other things:
CH2= CF-CF2O-Rf-Y
A fluorine-containing allyl ether compound represented by the formula (wherein Rf is the same as described above) is preferable.
[0188]
More specifically,
[0189]
Embedded image
[0190]
Preferred examples include fluorine-containing allyl ether compounds.
[0191]
Also the formula:
CF2= CF-O-Rf-Y
A fluorine-containing vinyl ether compound represented by the formula (wherein Rf is the same as described above) is preferable.
[0192]
More specifically,
[0193]
Embedded image
[0194]
And fluorine-containing vinyl ether compounds such as
[0195]
In addition, as the fluorine-containing ethylenic monomer containing the acid-reactive functional group Y,
CF2= CF-CF2O-Rf-Y, CF2= CF-Rf-Y,
CH2= CH-Rf-Y, CH2= CH-O-Rf-Y
(Rf is the same as above)
And more specifically, and more specifically,
[0196]
Embedded image
[0197]
Etc.
[0198]
The fluorine-containing polymer for resist having an acid-reactive functional group Y obtained by the production method of the present invention is preferably a formula (M-1):
-(M1)-(M2)-(N1)-(N)-(M-1)
(In the formula, the structural unit M1 is a repeating unit derived from a fluorine-containing ethylenic monomer (m1) having 2 or 3 carbon atoms and having at least one fluorine atom; The repeating unit derived from the monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the combined main chain; the structural unit N1 is a monomer (n1) copolymerizable with the monomer (m1) and the monomer (m2) Structural unit N is a repeating unit derived from monomer (n) copolymerizable with monomer (m1), monomer (m2) and monomer (n1), Acid reactive group Y on at least one of M2 and N11Or acid-reactive group Y1Y group convertible to2And the structural unit M2 has an acid-reactive group Y1Or acid-reactive group Y1Y group convertible to2The structural unit N1 and N may be the same), the structural unit M1 is 1 to 99 mol%, the structural unit M2 is 1 to 99 mol%, the structural unit N1 is 0 to 98 mol%, It is a fluorine-containing polymer for resists containing 0 to 98 mol% of the structural unit N.
[0199]
Furthermore, the fluorine-containing polymer for resist obtained by the production method of the present invention is preferably represented by the formula (M-2):
-(M1)-(M2-2)-(M2)-(N)-(M-2)
(In the formula, the structural units M1 and M2 are the same as those in the formula (M-1); the structural unit M2-1 is a monomer capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain, and is an acid-reactive group Y.1Or acid-reactive group Y1Y group convertible to2A repeating unit derived from the monomer (m2-2) having the structural unit N is derived from the monomer (n) copolymerizable with the monomer (m1), (m2-2) and the monomer (m2) 1 to 99 mol% of the structural unit M1, 1 to 99 mol% of the structural unit M2-2, 0 to 98 mol% of the structural unit M2, and 0 to 98 mol% of the structural unit N. It is a fluorine-containing polymer for resist.
[0200]
In the fluorine-containing polymer for resists of the formulas (M-1) and (M-2), the monomer (m1) that gives the repeating unit (M1) to the fluorine-containing polymer is a polymerizable, particularly a radically polymerizable carbon- It is a fluorine-containing ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms having one carbon double bond and having at least one fluorine atom.
[0201]
The fluorine-containing ethylenic monomer (m1) is a monoene compound having one polymerizable carbon-carbon double bond, and does not form a repeating unit having a ring structure in the main chain even by polymerization.
[0202]
The fluorine-containing ethylenic monomer (m1) may or may not have an acid-reactive functional group Y in the monomer, but usually has an acid-reactive functional group. It is preferable to use a monomer that is free from the viewpoint of good radical polymerization reactivity and more effectively improving the transparency.
[0203]
Preferred examples of the fluorine-containing ethylenic monomer (m1) include those in which at least one hydrogen atom of ethylene or propylene is substituted with a fluorine atom. Other hydrogen atoms may be substituted with halogen atoms other than fluorine atoms.
[0204]
Among these, a monomer in which at least one fluorine atom is bonded to a carbon atom constituting a carbon-carbon double bond is preferable. Thereby, a fluorine atom can be effectively obtained which can introduce a fluorine atom into the repeating unit (M1), that is, in the polymer main chain, and give particularly excellent transparency in the vacuum ultraviolet region.
[0205]
Specifically, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride, vinyl fluoride, trifluoroethylene, hexafluoropropylene, CH2= CFCFThreePreferred is at least one monomer selected from the group consisting of:
[0206]
Among these, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride or hexafluoropropylene is particularly preferred from the viewpoint of transparency, particularly tetrafluoroethylene and / or chlorotrifluoro. Ethylene is preferred.
[0207]
Monomer (m2) capable of providing an aliphatic ring structure structural unit M2 in the fluorine-containing polymer for resists of the formulas (M-1) and (M-2), an aliphatic ring structure having an acid-reactive functional group Y Preferred examples of the monomer that can give M2-2 are the same as those of the aforementioned monomers (m2) and (m2-2).
[0208]
In addition, in the fluorine-containing polymer for resists of the formulas (M-1) and (M-2), when a structural unit having an acid-reactive functional group Y is used as an arbitrary structural unit N1, N, the above-described acid reactivity is used. The same thing as the ethylenic monomer n1-2 which has the functional group Y can illustrate preferably.
[0209]
In the production method of the present invention, in addition to the monomer (m1), (m2), (m2-2) or (n1-2), as an optional monomer, a radical polymerizable monomer (n1) The fluorine-containing copolymer obtained may be copolymerized for the purpose of improving different properties such as mechanical strength and coatability.
[0210]
As such an arbitrary monomer (n1), in addition to the above-mentioned comonomer (n1-2), copolymerization with monomers (m1) and (m2) for constituting other structural units (M1) Choose from what you can do.
[0211]
For example,
Acrylic monomer (excluding the monomer described in (n1-2)):
[0212]
Embedded image
[0213]
Styrene monomer:
[0214]
Embedded image
[0215]
Ethylene monomer:
CH2= CH2, CH2= CHCHThree, CH2= CHCl etc.
[0216]
Maleic monomer:
[0217]
Embedded image
[0218]
Allyl monomers:
CH2= CHCH2Cl, CH2= CHCH2OH, CH2= CHCH2COOH, CH2= CHCH2Br etc.
[0219]
Allyl ether monomers:
[0220]
Embedded image
[0221]
Other monomers:
[0222]
Embedded image
[0223]
Etc.
[0224]
The molecular weight of the fluorine-containing polymer of the formulas (M-1) and (M-2) obtained by the production method of the present invention is 1000 to 100,000, preferably 2000 to 50000, more preferably 2000 to 10,000 in terms of number average molecular weight. The weight average molecular weight is 2000 to 200000, preferably 3000 to 50000, more preferably 3000 to 10000.
[0225]
When the fluoropolymer for resists of the formulas (M-1) and (M-2) is produced, the solubility in a developer can be improved by using the production method of the present invention, and it is highly effective in an ultrafine processing process. This is preferable because a resolution pattern can be formed.
[0226]
In the present invention, an ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms and a monomer (m1) having at least one fluorine atom, or a single monomer capable of providing an aliphatic ring structure in the polymer main chain The comonomer (n1) containing the body (m2-1), (m2-2), and, if necessary, the ethylenic monomer (n1-2) having an acid-reactive functional group is represented by the formula ( (Co) polymerization is carried out by various known methods using the chain transfer agent having the functional group 1).
[0227]
Polymerization methods include solution polymerization in an organic solvent in which the monomer is dissolved, suspension polymerization in the presence or absence of an appropriate organic solvent in an aqueous medium, and adding an emulsifier to the aqueous medium. An emulsion polymerization method performed, a bulk polymerization method performed without a solvent, or the like can be used. Of these, solution polymerization and suspension polymerization using an organic solvent are preferred.
[0228]
Although it does not restrict | limit especially as a polymerization solvent, A hydrocarbon type solvent, a fluorine-type solvent (fluorocarbon type), a chlorine type solvent, an alcohol type solvent, a ketone type solvent, an acetic acid ester type solvent, an ether type solvent, etc. are used preferably.
[0229]
Of these, a fluorine-based solvent and a chlorine-based solvent are preferable in that the solubility of the monomer and the radical polymerization initiator is good and the polymerization reaction can be favorably progressed. Specifically, it is preferably one or more selected from hydrofluorocarbons, hydrochlorocarbons, fluorochlorocarbons, and hydrochlorofluorocarbons.
[0230]
Polymerization is initiated by bringing a polymerization initiator, preferably an organic peroxide, into contact with the monomer and applying heat (at an inherent temperature of the organic peroxide) or by irradiating with active energy rays such as light or ionizing radiation. .
[0231]
Although it does not restrict | limit especially as a polymerization initiator, An organic peroxide or an azo initiator is preferable. The organic peroxide is preferably one or more selected from diacyl peroxides, oxyperesters, peroxyketals, dialkyl peroxides, and peroxydicarbonates.
[0232]
Of these, oxyperesters and diacyl peroxides are more preferable, which are preferable in that radical polymerization reactivity can be promoted and the transparency of the obtained polymer in the vacuum ultraviolet region can be further improved. Further, the hydrophilicity of the polymer itself is also improved, and this is particularly preferable in that the solubility of the fluorine-containing polymer having the acid-reactive functional group Y (after exposure or after removal of the protecting group) in the developer is improved.
[0233]
Examples of oxyperesters include 1,1,3-tetramethylbutylperoxyneodecanate, 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxyneodecanate, tert-hexylperoxyneodecanate, and tert-butylperoxy. Neodecanate, tert-hexylperoxypivalate, tert-butylperoxypivalate, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxy-2-ethylhexanoate, 2,5-dimethyl-2,5 -Bis (2-ethylhexanoylperoxy) hexane, 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxy 2-ethylhexanoate, tert-hexylperoxy 2-ethylhexanoate, tert-butylperoxy 2-ethyl Hexanoate, tert-butyl peroxy Butyrate, tert-butylperoxymaleic acid, tert-hexylperoxyisobutyl monocarbonate, tert-butylperoxy3,5,5-trimethylhexanoate, tert-butylperoxylaurate, tert-butylperoxyisobutyl Oxyperesters having an alkyl group such as monocarbonate and tert-butyl peroxyacetate are preferred.
[0234]
Furthermore, peroxyesters of an alkyl group having an aliphatic cyclic structure are preferable from the viewpoint that dry etch resistance can be improved. 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxyneodecanate, 1-cyclohexyl-1 -Methyl ethyl peroxy 2-ethyl hexanoate is preferred.
[0235]
Preferred examples of the diacyl peroxide include isobutyryl peroxide, 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, octanoyl peroxide, lauroyl peroxide, steroyl peroxide, and succinic acid peroxide.
[0236]
Specific examples of peroxydicarbonates include di-n-propyl peroxydicarbonate, diisopropyl peroxydicarbonate, bis (4-tert-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, di-2-ethoxymethyl peroxydi. Examples thereof include carbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, di-2-methoxybutyl peroxydicarbonate, and di (3-methyl-3-methoxybutyl) peroxydicarbonate.
[0237]
Examples of peroxyketals include 1,1-bis (tert-hexylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis (tert-hexylperoxy) cyclohexane, 1,1-bis ( tert-butylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis (tert-butylperoxy) cyclohexane, 1,1-bis (tert-butylperoxy) cyclododecane, 2,2-bis ( tert-butylperoxy) valerate, 2,2-bis (4,4-tert-butylperoxycyclohexyl) propane, and the like.
[0238]
Further, from the viewpoint of transparency, it is preferable to use a peroxide having a fluorine atom, and among them, a diacyl peroxide having a fluorine atom is more preferable. Specifically, pentafluoropropionoyl peroxide: (CFThreeCF2COO)2, Heptafluorobutyryl peroxide: (CFThreeCF2CF2COO)27H-dodecafluoroheptanoyl peroxide: (CHF2CF2CF2CF2CF2CF2COO)2Is more preferable.
[0239]
Examples of the azo compounds include dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate, 2,2′-azobis (2,4,4-trimethylpentane), 2,2′-azobis (2-methylpropane), Examples thereof include dibutyl-2,2′-azobisisobutyrate.
[0240]
In addition, a polymerization initiator having a hydrophilic functional group is preferable in that a hydrophilic functional group can be introduced into the polymerization terminal and development characteristics can be improved. Specific examples include succinic acid peroxide, 2,2′-azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2,2′-azobis. {2-Methyl-N- [2- (hydroxybutyl)] propionamide}, 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide], 2,2′-azobis {2 -[1- (hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl] propane} dihydrochloride, 2,2'-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine], 2,2'- Azobis (2-methylpropionamidooxime), 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid), dimethyl-2,2′-azobis (2-methylpropio) Over G), such as 1,1'-azobis (1-acetoxy-1-phenylethane) is preferably mentioned.
[0241]
Moreover, when manufacturing the polymer which has a structural unit derived from m2 using the fluorine-containing ethylenic monomer m2 of this invention, the organic peroxide of 5-130 degreeC is 10-hour half-life temperature among organic peroxides. It is preferable to use those having a 10-hour half-life temperature of 15 to 100 ° C., particularly 30 to 80 ° C., from the viewpoint of good polymerization reactivity.
[0242]
The composition of the copolymer to be formed can be controlled by the composition of the monomer to be charged.
[0243]
The molecular weight can be controlled by the concentration of the monomer used for the polymerization, the concentration of the organic peroxide, the concentration of the chain transfer agent, and the temperature.
[0244]
The amount of the organic peroxide used relative to the monomer used is appropriately selected according to the type of monomer used, the composition and molecular weight of the target polymer, and is 0.005 to 100 parts by weight of the monomer. 10 parts by weight, preferably 0.01 to 5 parts by weight, more preferably 0.1 to 1 part by weight. From another viewpoint, the organic peroxide is 0.01 to 10 mol%, preferably 0.05 to 5 mol%, more preferably 0.1 to 2 mol%, based on the molar amount of the monomer used. It is.
[0245]
If the amount of the organic peroxide is too small, the polymerization reaction does not proceed sufficiently and unreacted monomers remain, or an oligomer component is formed, resulting in coloration of the polymer and a decrease in transparency. Too much organic peroxide is not preferable because it causes a decrease in the molecular weight of the polymer and lowers the transparency, or unreacted organic peroxide remains, resulting in coloration of the polymer and a decrease in transparency.
[0246]
In the production method of the present invention, the amount of the chain transfer agent having a functional group represented by formula (1) is appropriately selected depending on the type of monomer used, the composition and molecular weight of the target polymer, and the like. The chain transfer agent of the formula (1) is 0.01 to 20 mol%, preferably 0.05 to 10 mol%, more preferably 0.1 to 5 mol%, particularly preferably 0.1 to 5 mol% with respect to the molar amount of the monomer. It is 2-2 mol%.
[0247]
If the amount of the chain transfer agent used is too small, the effect of improving the solubility in the developer may not be sufficiently obtained, and if the amount of the chain transfer agent used is too large, the polymerization reaction does not proceed smoothly, The polymerization reaction is stopped or the polymerization reaction rate is lowered, and as a result, a low molecular weight component may remain.
[0248]
These chain transfer agents may be present all at once from the initial stage of the polymerization reaction, or may be added continuously or intermittently as the polymerization reaction proceeds.
[0249]
The reaction temperature in the polymerization using the chain transfer agent of the present invention can be appropriately selected according to, for example, the 10-hour half-life temperature of each organic peroxide used, and further according to the target reaction time. It is -150 degreeC, Preferably it is 5-120 degreeC, More preferably, it is 10-100 degreeC.
[0250]
What is necessary is just to select the composition of the monomer in the case of copolymerizing according to the characteristic provided to the fluoropolymer obtained other than the polymerization reactivity and copolymerization reaction ratio of each monomer. The characteristics that each monomer can give to the fluoropolymer are as described above. More specifically, it will be described later.
[0251]
The fluorine-containing polymer obtained by the production method of the present invention is highly transparent to light in the vacuum ultraviolet region having a wavelength of 200 nm or less. Therefore, photolithography using an ArF excimer laser (193 nm) or F2 laser (157 nm). It is a resist polymer particularly useful in the process.
[0252]
The present invention further provides
(A-1) At least one acid reactivity of an OH group, an acid dissociable functional group that can be converted to an OH group by an acid, a COOH group, or an acid dissociable functional group that can be dissociated by an acid to be converted to a COOH group Group Y1A fluorine-containing polymer having
(B) a photoacid generator, and
(C) Solvent
A composition comprising:
The fluoropolymer (A-1) relates to a photoresist composition which is a polymer obtained by the above-described production method of the present invention.
[0253]
In the photoresist composition of the present invention, the acid-reactive functional group Y is an OH group, an acid-dissociable functional group that can be converted to an OH group by an acid, an acid dissociation that can be dissociated by a COOH group or an acid and converted into a COOH group. A specific acid-reactive group Y of at least one of functional groups1The fluorine-containing polymer (A-1) having
[0254]
As the acid dissociable functional group that can be converted to an OH group by an acid and the acid dissociable functional group that can be converted to a -COOH group by an acid, those described above can be adopted.
[0255]
Specific acid-reactive group Y1As the fluorine-containing polymer (A-1) having the following, the following polymers are preferred.
[0256]
(I) Formula:
-(M1)-(M2-2a)-
(Wherein, M1 is a structural unit derived from a monomer (m2) having 2 or 3 carbon atoms and having at least one fluorine atom; M2-2a is a monocyclic aliphatic unsaturated group. Hydrocarbon compound with acid reactive group Y1A fluorine-containing polymer represented by a monomer (m2-2a) optionally having a fluorine atom.
[0257]
The composition ratio of the structural units (M1) and (M2-2a) is usually 80/20 to 20/80 mol%, preferably 70/30 to 30/70 mol%, particularly preferably 60/40 to The ratio is 40/60 mol%.
[0258]
As specific examples of the monomer, the acid-reactive functional group Y is the acid-reactive group Y among the specific examples of the monomer (m1) and the specific example of the monomer (m2-2a).1The thing which is is can illustrate preferably.
[0259]
(II) Formula:
-(M1)-(M2-2b)-
(Wherein M1 is the same as above; (M2-2b) is the acid-reactive group Y described above.1A fluorine-containing polymer represented by an aliphatic polycyclic structure-containing monomer (m2-2b), particularly a structural unit derived from a norbornene derivative.
[0260]
The composition ratio of the structural units (M1) and (M2-2b) is usually 80/20 to 20/80 mol% ratio, preferably 70/30 to 30/70 mol% ratio, particularly preferably 60/40 to The ratio is 40/60 mol%.
[0261]
As specific monomers, the acid-reactive functional group Y is the acid-reactive group Y among the specific examples of the monomer (m1) and the specific example of the monomer (m2-2b).1The thing which is is can illustrate preferably.
[0262]
These fluorine-containing polymers (I) and (II) are excellent in transparency and dry etching resistance, and further in the vacuum ultraviolet region by the production method of the present invention using a fluorine-containing polymerization initiator. Transparency can be improved.
[0263]
(III) Formula:
-(M1)-(M2-1a)-(N1-2)-
(Wherein M1 is the same as above; M2-1a is a monocyclic monomer having a polymerizable carbon-carbon unsaturated bond in the ring structure and no acid-reactive functional group Y (m2- 1a) derived structural unit; N1-2 is an acid reactive group Y1A fluorine-containing polymer represented by a copolymerizable ethylenic monomer (structural unit derived from n1-2)).
[0264]
The composition ratio of the structural units (M1), (M2-1a), and (N1-2) is (M1) + (M2-1a) + (N1-2) = 100 mol%, and (M1) + (M2 -1a) / (N1-2) is usually 90 / 10-20 / 80 mol% ratio, preferably 80 / 20-30 / 70 mol% ratio, particularly preferably 70 / 30-40 / 60 mol% ratio. is there.
[0265]
As specific monomers, among the specific examples of the monomers (m1) and (m2-1a) and the specific examples of the monomer (n1-2), the acid-reactive functional group Y is an acid reaction. Sex group Y1The thing which is is can illustrate preferably.
[0266]
(IV) Formula:
-(M1)-(M2-1b)-(N1-2)-
(In the formula, M1 and N1-2 are the same as above; M2-1b is an aliphatic polycyclic structure-containing monomer having no acid-reactive functional group Y (m2-1b), particularly a structure derived from a norbornene derivative. Unit).
[0267]
The composition ratio of the structural units (M1), (M2-1b), and (N1-2) is (M1) + (M2-1b) + (N1-2) = 100 mol%, and (M1) + (M2 -1b) / (N1-2) is usually 90 / 10-20 / 80 mol% ratio, preferably 80 / 20-30 / 70 mol% ratio, particularly preferably 70 / 30-40 / 60 mol% ratio. is there.
[0268]
As specific monomers, among the specific examples of the monomers (m1) and (m2-1b) and the specific examples of the monomer (n1-2), the acid-reactive functional group Y is an acid reaction. Sex group Y1The thing which is is can illustrate preferably.
[0269]
These fluorine-containing polymers (III) and (IV) are excellent in dry etching resistance, and are transparent in the vacuum ultraviolet region by the production method of the present invention using a chain transfer agent having a functional group. The development characteristics can be further improved while maintaining the properties.
[0270]
In addition, the acid-reactive group Y of (I) to (IV)1The fluorine-containing polymer is different from conventional fluorine-containing polymers for resist in that a hydrophilic atomic group is imparted to the polymer terminal by the production method of the present invention, and particularly excellent in solubility in a developer. Yes. Furthermore, the transparency of the polymer itself at a wavelength of 157 nm is also excellent.
[0271]
In the photoresist composition of the present invention, the acid-reactive group Y1The fluorine-containing polymer (A-1) having an excellent transparency at a wavelength of 157 nm, in particular, an absorption coefficient at 157 nm is 2.0 μm.-1The following, preferably 1.5 μm-1The following, particularly preferably 1.0 μm-1The following, or even 0.5 μm-1The following are preferable, and the lower the extinction coefficient at a wavelength of 157 nm, the more preferable is the point that a good resist pattern can be formed by using as the F2 photoresist composition.
[0272]
In the photoresist composition of the present invention, as the photoacid generator (B), those similar to the photoacid generator (B) described in WO 01/74916 can be preferably exemplified. It can also be used effectively in the invention.
[0273]
Specifically, it is a compound that generates an acid or a cation by irradiating light, for example, an organic halogen compound, a sulfonate ester, an onium salt (especially when the central element is iodine, sulfur, selenium, tellurium, nitrogen or phosphorus). A certain fluoroalkylonium salt), a diazonium salt, a disulfone compound, a sulfonediazide, and the like, or a mixture thereof.
[0274]
More preferable specific examples are as follows.
[0275]
(1) TPS system:
[0276]
Embedded image
[0277]
(Where X-Is PF6 -, SbF6 -, CFThreeSOThree -, CFourF9SOThree -Etc; R1a, R1b, R1cAre the same or different and CHThreeO, H, t-Bu, CHThree, OH, etc.)
[0278]
(2) DPI system:
[0279]
Embedded image
[0280]
(Where X-Is CFThreeSOThree -, CFourF9SOThree -, CHThree-Φ-SOThree -, SbF6 -,
[0281]
Embedded image
[0282]
Etc; R2a, R2bAre the same or different and H, OH, CHThree, CHThreeO, t-Bu, etc.)
[0283]
(3) Sulfonate type:
[0284]
Embedded image
[0285]
(Wherein R4aIs
[0286]
Embedded image
[0287]
Such)
[0288]
The content of the photoacid generator in the photoresist composition of the present invention is the acid reactive group Y.10.1 to 30 parts by weight is preferable, more preferably 0.2 to 20 parts by weight, and most preferably 0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the fluoropolymer (A-1) having is there.
[0289]
When the content of the photoacid generator is less than 0.1 parts by weight, the sensitivity is lowered. When the content of the photoacid generator is more than 30 parts by weight, the amount of the photoacid generator that absorbs light increases, and the light does not reach the substrate sufficiently. The resolution tends to decrease.
[0290]
Moreover, you may add the organic base which can act as a base with respect to the acid produced from said photo-acid generator to the photoresist composition of this invention. The organic base is preferably the same as that described in International Publication No. 01/74916, and can be used effectively in the present invention.
[0291]
Specifically, it is an organic amine compound selected from nitrogen-containing compounds, such as pyridine compounds, pyrimidine compounds, amines substituted with a hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, aminophenols, and the like. Hydroxyl group-containing amines are particularly preferable.
[0292]
Specific examples include butylamine, dibutylamine, tributylamine, triethylamine, tripropylamine, triamylamine, pyridine and the like.
[0293]
The content of the organic base in the photoresist composition of the present invention is preferably from 0.1 to 100 mol%, more preferably from 1 to 50 mol%, based on the content of the photoacid generator. When the amount is less than 0.1 mol%, the resolution tends to be low, and when the amount is more than 100 mol%, the sensitivity tends to be low.
[0294]
In addition to the photoresist composition of the present invention, additives described in the pamphlet of International Publication No. 01/74916, for example, dissolution inhibitors, sensitizers, dyes, adhesion improvers, water retention agents, etc. Various additives conventionally used in the field can also be contained.
[0295]
In the photoresist composition of the present invention, the solvent (C) is preferably the same as the solvent (C) described in International Publication No. 01/74916, and can be used effectively in the present invention. .
[0296]
Specifically, cellosolve solvents, ester solvents, propylene glycol solvents, ketone solvents, aromatic hydrocarbon solvents, or a mixed solvent thereof are preferable. Further, in order to increase the solubility of the fluoropolymer (A-1), CHThreeCCl2A fluorine-containing hydrocarbon solvent such as F (HCFC-141b) or a fluorine solvent such as fluorine alcohols may be used in combination.
[0297]
The amount of these solvents (C) is selected depending on the type of solid content to be dissolved, the base material to be applied, the target film thickness, and the like. From the viewpoint of ease of application, the total solid content of the photoresist composition is selected. It is preferably used so that the partial concentration is 0.5 to 70% by weight, preferably 1 to 50% by weight.
[0298]
The photoresist composition of the present invention is used in a resist pattern forming method of conventional photoresist technology. In particular, in order to suitably perform the resist pattern forming method, first, a solution of a photoresist composition is coated on a support such as a silicon wafer with a spinner or the like, dried to form a photosensitive layer, and a reduced projection exposure apparatus For example, ultraviolet rays, deep-UV, excimer laser light, and X-rays are irradiated through a desired mask pattern or drawn with an electron beam and heated. This is then developed using a developer, for example an alkaline developer such as an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of 1 to 10% by weight tetramethylammonium hydroxide (TMAH). With this formation method, an image faithful to the mask pattern can be obtained.
[0299]
When forming a fine circuit pattern of a semiconductor device, a 2.38% by weight tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is preferably used as a developer in a development step in a photolithography process.
[0300]
Furthermore, a surfactant or alcohol such as methanol, ethanol, propanol or butanol may be added to a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution in order to adjust the paintability with the resist film.
[0301]
In particular, it has been found that by using the photoresist composition of the present invention, a highly transparent resist film (photosensitive layer) can be formed even in the vacuum ultraviolet region. Thereby, it can be preferably used for a photolithography process using an F2 laser (157 nm wavelength) which is under development with the aim of a technology node of 0.07 μm.
[0302]
The film coated with the photoresist of the present invention is formed by applying the above-described photoresist composition onto a support such as a silicon wafer by a coating method such as spin coating, and drying. It contains solid components such as a fluorine-containing polymer (A-1) having a reactive group, a photoacid generator (B), and other additives.
[0303]
The thickness of the resist film to be formed is usually a thin film of 1.0 μm or less, preferably 0.01 to 0.5 μm, more preferably 0.05 to 0.5 μm.
[0304]
Furthermore, the film coated with the photoresist composition of the present invention preferably has high transparency in the vacuum ultraviolet region, and specifically has an extinction coefficient of 2.5 μm at a wavelength of 157 nm.-1The following, preferably 2.0 μm-1Below, particularly preferably 1.50 μm-1Below, further 1.0 μm-1The following is preferable. This coating can be effectively used in a lithography process using F2 laser (157 nm) light.
[0305]
In addition, as the base material on which the resist film is applied, various base materials to which a conventional resist is applied can be similarly used. For example, any of a silicon wafer, a silicon wafer provided with an organic or inorganic antireflection film, and a glass substrate may be used. In particular, the sensitivity and profile shape on a silicon wafer provided with an organic antireflection film are good.
[0306]
The third of the present invention relates to a fluoropolymer having excellent solubility in a developer, and the first of the fluoropolymer of the present invention has an OH group and imparts solubility to a developer. The functional group is a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the polymer main chain having only an OH group, and the polymer has the formula (M-3):
-(M1)-(M2-3)-(M2)-(N)-(M-3)
(In the formula, the structural unit M1 is an ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms and is a repeating unit derived from a fluorine-containing ethylenic monomer (m1) having at least one fluorine atom; 3 is a repeating unit derived from a norbornene derivative (m2-3) which may have a fluorine atom having an OH group; the structural unit M2 is derived from a monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain The structural unit N is represented by the monomer (m1), (m2-3), and the monomer (n) -repeating unit copolymerizable with the monomer (m2), and the structural unit M1. 24 to 70 mol%, 1 to 70 mol% of the structural unit M2-3, 0 to 69 mol% of the structural unit M2, 0 to 20 mol% of the structural unit N, and (M1) + (M2-3) When (M2) = 100, (M1) / {(M2-3) (M2)} is a fluorine-containing polymer having a number average molecular weight of 1000 to 50000 in a 30/70 to 70/30 molar ratio, and the fluorine-containing polymer was measured by the QCM measurement method described later. It is a fluorine-containing polymer for resists excellent in solubility in a developing solution having a dissolution rate in a weight% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution of 500 nm / sec or more.
[0307]
The present inventors carried out copolymerization using a fluorine-containing ethylenic monomer (m1) and a norbornene derivative (m2-3) having an OH group, and if necessary, monomers (m2) and (n). As a result of intensive studies, even with the same polymer composition and the same molecular weight, the fluorine-containing weight is particularly excellent in solubility in the developer due to the difference in the manufacturing method, that is, the difference in the resulting end structure. A coalescence could be obtained.
[0308]
In the conventional method, the fluoropolymer having only an OH group as a functional group imparting solubility to a developer cannot obtain sufficient solubility in the developer. Even in a fluorine-containing polymer having only OH groups, the solubility (dissolution rate) is equal to or higher than that of a polymer having originally high solubility, such as a -COOH group, an ArF resist polymer not containing fluorine or a KrF resist polymer. A fluorine-containing polymer having was found. As a result, a fluoropolymer having both transparency at 157 nm and solubility in a developer could be obtained.
[0309]
Further, the second of the fluoropolymer of the present invention is an acid-dissociable functional group Y that dissociates by reacting part or all of the OH groups in the fluoropolymer with an acid.ThreeThe fluorine-containing polymer in which the OH group is protected can be converted into an OH group by reacting with an acid, and then can be a polymer having excellent solubility in a developing solution. .
[0310]
That is, the fluorine-containing polymer having an OH group protected according to the present invention has an acid-dissociable functional group Y that can be converted to an OH group with an acid.ThreeA fluoropolymer having an aliphatic ring structure in the polymer main chain, wherein the polymer is represented by the formula (M-4):
-(M1)-(M2-3)-(M2-4)-(N)-(M-4)
(In the formula, the structural unit M1 and the structural unit M2-3 are the same as the formula (M-3); the structural unit M2-4 is at least one functional group Y among acid dissociable functional groups that can be converted to an OH group with an acid.ThreeA repeating unit derived from a norbornene derivative (m2-4) optionally having a fluorine atom; the structural unit N is the same as the monomer (m1), (m2-3) and the monomer (m2-4). The repeating unit derived from the polymerizable monomer (n)), the structural unit M1 is 24 to 70 mol%, the structural unit M2-3 is 0 to 69 mol%, and the structural unit M2-4 is 1 to 70 mol%. %, The structural unit N is 0 to 20 mol%, and (M1) + (M2-3) + (M2-4) = 100 (M1) / {(M2-3) + (M2-4) } Is a fluorine-containing polymer having a number average molecular weight of 1000 to 50000 in a 30/70 to 70/30 molar ratio, wherein the fluorine-containing polymer of the formula (M-4) is reacted with an acid to form a structural unit M2 Acid dissociable functional group Y in -4ThreeIn the fluorine-containing polymer after the acid reaction in which is converted into an OH group, the functional group imparting solubility to the developer has only an OH group, and the QCM measurement of the fluorine-containing polymer after the acid reaction This is a fluorine-containing polymer for a resist having a dissolution rate of 500 nm / sec or more with respect to an aqueous 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide solution measured by the method.
[0311]
The QCM measurement method, which is a measurement method showing the developer dissolution rate of the above-mentioned fluoropolymer, is a method for measuring the polymer dissolution rate called the quartz crystal method, and is described in, for example, J. Photopolymer Sci. Technol. 12, 545-551 (1999) and Proc. This method is described in SPIE 4690, 904-911 (2002), and the dissolution behavior of a resist film in a developing solution has been studied. Specifically, a polymer film is formed on a quartz crystal plate on which gold or the like is vapor-deposited, and the change in film thickness (change in weight) is changed with the quartz crystal plate immersed in a developer. Is a method of measuring the rate of film thickness reduction. The dissolution rate of the fluoropolymer in the QCM method in the present invention is such that the solution of only the above-mentioned polymer dissolved in a solvent is applied to a quartz resonator plate, and the film thickness of the polymer alone is 80 to 150 nm by heating or the like. The film decrease rate was measured by the above method. Specifically, the speed plotted the change in the film thickness against the immersion time, and it was the central part of the film and the total film thickness. The reduction rate of the coating at the 60% portion is calculated.
[0312]
In order to form a target ultrafine resist pattern of 50 to 70 nm, the present inventors have a particularly high developer dissolution rate as compared with conventional fluoropolymers and further conventional resist polymers. I found it necessary.
[0313]
According to the present invention, a high-resolution ultrafine resist pattern can be obtained by using a fluorine-containing polymer having greatly improved developer solubility even if it is a fluorine-containing polymer having only an OH group as a developer-soluble group. It is possible.
[0314]
Moreover, the said fluoropolymer of this invention is further preferable at the point which is excellent in transparency at 157 nm, and dry-etching tolerance.
[0315]
The developer dissolution rate of the fluoropolymer of the present invention is 500 nm / sec or more by the above QCM measurement method, preferably 750 nm / sec or more, more preferably 1000 or more, and particularly preferably 1500 nm / sec or more. This is preferable because an ultrafine resist pattern with higher resolution can be obtained.
[0316]
On the other hand, as a result of examining the QCM measurement method for a polymer having a high development speed such as 750 nm / sec or more, by performing the same QCM measurement using a low-concentration developer such as a 0.595 wt% TMAH solution, It was found that measurement with high accuracy and good reproducibility was possible, and at the same time, the dissolution rate of the developer was compared.
[0317]
The dissolution rate measured with the 0.595 wt% TMAH solution is 1 nm / sec or more, preferably 2 nm / sec or more, more preferably 5 nm / sec or more, still more preferably 10 nm / sec or more, particularly preferably 20 nm / sec or more. is there.
[0318]
The functional group that imparts developer solubility of the fluorine-containing polymer for resists of the formulas (M-3) and (M-4) of the present invention is only an OH group, and the OH group does not lower the transparency at 157 nm. In terms of point, conversely, -COOH and -SOThreeIntroduction of H or the like is not preferable in that the transparency at 157 nm is lowered.
[0319]
The structural unit (M1) in the polymers of the formulas (M-3) and (M-4) of the present invention is an ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms and has at least one fluorine atom. The same as those exemplified in the method for producing a polymer which is a repeating unit derived from the polymerizable monomer (m1) and is excellent in the solubility of the developer is preferably exemplified.
[0320]
The structural unit (M2-3) in the polymers of the formulas (M-3) and (M-4) of the present invention is a repeat derived from a norbornene derivative (m2-3) which may have a fluorine atom having an OH group. The norbornene derivative (m2-3) is a unit and is acid-reactive with respect to each of the examples of the norbornene derivative (m2-2b) having the acid-reactive group Y exemplified in the method for producing a polymer excellent in developer solubility. Likewise preferred are those in which the group Y is replaced by an OH group, among which the formula (3):
[0321]
Embedded image
[0322]
(Where Rf2Is preferably a norbornene derivative having a structure represented by a fluorine-containing alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group having an ether bond, excellent in solubility in a developer, and transparent to 157 nm light. It is preferable at the point which is excellent in.
[0323]
In the site of formula (3), Rf2Is preferably a C 1-10 perfluoroalkyl group, more preferably a C 1-5 perfluoroalkyl group, and even more preferably CF.ThreeIt is particularly preferred that
[0324]
The site of the formula (3) is a fluorine-containing alkyl group Rf2And the OH group may be simultaneously bonded to the carbon atom forming the ring structure of the norbornene derivative, or may be simultaneously bonded to the carbon atom not forming the ring structure, and the site of the formula (3) It may be bonded to the carbon atom to be formed in the form of a side chain.
[0325]
The acid dissociable functional group Y contained in the structural unit (M2-4) in the polymer of the formula (M-4) of the present inventionThreeIs a functional group that reacts with an acid generated from a photoacid generator and changes to an OH group, and similarly exhibits excellent developer solubility even after being changed to an OH group. Furthermore, the transparency at 157 nm light is also excellent.
[0326]
Acid-dissociable functional group YThreeSpecifically, the same as those exemplified above are preferable, for example,
[0327]
Embedded image
[0328]
(Wherein R31, R32, R33And R34Are preferably the same or different and each is preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
[0329]
More specifically,
[0330]
Embedded image
[0331]
Can be preferably exemplified, in particular, the acid reactivity is good,
[0332]
Embedded image
[0333]
In view of good transparency, —OC (CHThree)Three, -OCH2OCHThree, -OCH2OC2HFiveIs preferred.
[0334]
Furthermore, what contains the structure of the said Formula (3) in a norbornene derivative is preferable.
[0335]
In the polymer of the formula (M-3) of the present invention, the structural unit M2 is a repeating unit derived from the monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain, and has excellent developer solubility. Among those exemplified in the method for producing a polymer, those other than the structural unit (M2-2) described above are arbitrary structural units.
[0336]
Preferably, it is a structural unit having a monocyclic or polycyclic structure not containing a functional group in the polymer main chain, for example, a repeating unit derived from the aforementioned monomers (m2-1a) and (m2-1b). . It is mainly introduced for the purpose of adjusting the solubility with a solvent, the coatability with a substrate, the glass transition temperature of a polymer, and the mechanical properties.
[0337]
In the polymers of the formulas (M-3) and (M-4) of the present invention, the structural unit N is an arbitrary structural unit, and the ethylenic monomer is the same as the structural unit N exemplified in the method for producing a polymer. It is selected from structural units derived from the body and is introduced for the purpose of adjusting the solubility with a solvent, the wettability with a substrate, and the like. Furthermore, it does not contain a functional group that imparts developer solubility, or has an acid-dissociable functional group that reacts with an OH group or an acid and changes to an OH group. Thereby, the solubility of the developer can be further improved, which is preferable. However, it is 20 mol% or less, preferably 15 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and 5 mol% or less in the polymer having excellent developer solubility of the present invention. When the polymer does not contain the structural unit N and has sufficient developer solubility, the structural unit N is particularly preferably contained.
[0338]
An excessive amount of the structural unit N derived from an ethylenic monomer as an optional component is not preferable because dry etch resistance decreases.
[0339]
The total of the structural unit (M1) derived from the fluorine-containing ethylenic monomer and the structural unit forming a ring structure in the main chain in the polymer of the formula (M-3) of the present invention, that is, {(M2-3) + ( The abundance ratio of M2)} is (M1) + (M2-3) + (M2) = 100. (M1) / {(M2-3) + (M2)} is 30/70 to 70/30 molar ratio Preferably, it is 35 / 65-65 / 35 molar ratio, More preferably, it is 40 / 60-60 / 40 molar ratio, More preferably, it is 40 / 60-50 / 50 molar ratio.
[0340]
If the ratio of the structural unit (M1) is too large, the solubility of the developer is lowered, and if the ratio of the structural unit (M1) is too small, the transparency with 157 nm light is lowered, which is not preferable.
[0341]
If the ratio of the structural unit {(M2-3) + (M2)} forming the ring structure is too large, the transparency at 157 nm light is lowered, and the ratio of the structural unit {(M2-3) + (M2)} If it is too small, the dry etch resistance is lowered, which is not preferable.
[0342]
Similarly, in the polymer of the formula (M-4) of the present invention, the total of the structural unit (M1) derived from the fluorine-containing ethylenic monomer and the structural unit forming a ring structure in the main chain, that is, {(M2- 3) When the existence ratio of + (M2-4)} is (M1) + (M2-3) + (M2-4) = 100, (M1) / {(M2-3) + (M2-4)} Is a 30/70 to 70/30 molar ratio, preferably a 35/65 to 65/35 molar ratio, more preferably a 40/60 to 60/40 molar ratio, and even more preferably a 40/60 to 50/50 molar ratio. It is. If the proportion of the structural unit (M1) is too large, the solubility of the developer after acid dissociation is lowered, and if the proportion of the structural unit (M1) is too small, the transparency with 157 nm light is lowered, which is not preferable.
[0343]
If the ratio of the structural unit {(M2-3) + (M2-4)} forming the ring structure is too large, the transparency at 157 nm light is lowered, and the structural unit {(M2-3) + (M2-4) } Is not preferable because the dry etch resistance is lowered.
[0344]
The molecular weights of the polymers of the formulas (M-3) and (M-4) of the present invention are both 1000 to 50000 in terms of number average molecular weight, preferably 1500 to 30000, more preferably 2000 to 20000, and still more preferably 2000 to 20000. If the molecular weight is too low, it is not preferable because the transparency is lowered and the dry etch resistance is lowered. On the other hand, if the molecular weight is too high, the solubility of the developer is lowered, which is not preferable.
[0345]
The polymers of the formulas (M-3) and (M-4) of the present invention are excellent in transparency at 157 nm light, specifically, the extinction coefficient at 157 nm wavelength is 1.5 μm.-1The following, preferably 1.0 μm-1Below, particularly preferably 0.6 μm-1The following is preferable. These fluoropolymers can be effectively used in a lithography process using a light beam of F2 laser (157 nm).
[0346]
The present invention further provides
(A-2) At least one acid-reactive group Y of an acid-dissociable functional group that can be converted to an OH group by an OH group or an acidFourA fluorine-containing polymer having
(B) a photoacid generator, and
(C) Solvent
A composition comprising:
The fluorine-containing polymer (A-2) relates to a photoresist composition which is a polymer of the formula (M-3) and / or the formula (M-4) of the present invention.
[0347]
In the photoresist composition of the present invention, the fluorine-containing polymer (A-2) is preferably the same as those exemplified for the polymers of the formulas (M-3) and (M-4).
[0348]
In the photoresist composition of the present invention, the type and use ratio of the photoacid generator (B) are exemplified in the photoresist composition containing the fluoropolymer (A-1) obtained by the above-described novel production method. A thing similar to a photo-acid generator (B) is mention | raise | lifted preferably.
[0349]
In the photoresist composition of the present invention, the type and use ratio of the solvent (C) are the solvents (C) exemplified in the photoresist composition containing the fluoropolymer (A-1) obtained by the above-described novel production method. ) Are preferred.
[0350]
In the photoresist composition of the present invention, additives other than the photoacid generator (B) and the solvent (C) are the same as those exemplified for the photoresist composition containing the above-mentioned fluoropolymer (A-1). Can be preferably used.
[0351]
The photoresist composition of the present invention is used in a resist pattern forming method of conventional photoresist technology. In particular, in order to suitably perform the resist pattern forming method, first, a solution of a photoresist composition is coated on a support such as a silicon wafer with a spinner or the like, dried to form a photosensitive layer, and a reduced projection exposure apparatus For example, ultraviolet rays, deep-UV, excimer laser light, and X-rays are irradiated through a desired mask pattern or drawn with an electron beam and heated. Next, this is developed using a developer, for example, an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of 1 to 10% by weight of tetramethylammonium hydroxide. With this formation method, an image faithful to the mask pattern can be obtained.
[0352]
When forming a fine circuit pattern of a semiconductor device, a 2.38% by weight tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is preferably used as a developer in a development step in a photolithography process.
[0353]
Furthermore, a surfactant or alcohol such as methanol, ethanol, propanol or butanol may be added to a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution in order to adjust the paintability with the resist film.
[0354]
In particular, it has been found that by using the photoresist composition of the present invention, a highly transparent resist film (photosensitive layer) can be formed even in the vacuum ultraviolet region. Thereby, it can be preferably used for a photolithography process using an F2 laser (157 nm wavelength) which is under development with the aim of a technology node of 0.07 μm.
[0355]
The film coated with the photoresist of the present invention is formed by applying the above-described photoresist composition onto a support such as a silicon wafer by a coating method such as spin coating and drying, and in the film, OH Solid components such as a fluorine-containing polymer (A-2) having an acid-dissociable functional group that can be converted into an OH group by a group and / or an acid, a photoacid generator (B), and other additives are included.
[0356]
The thickness of the resist film to be formed is usually a thin film of 1.0 μm or less, preferably 0.01 to 0.5 μm, more preferably 0.05 to 0.5 μm.
[0357]
Further, the film coated with the photoresist composition of the present invention preferably has a high transparency in the vacuum ultraviolet region, and specifically has an extinction coefficient of 157 nm wavelength of 2.0 μm.-1The following, preferably 1.5 μm-1Below, particularly preferably 1.0 μm-1Below, further 0.6μm-1The following is preferable. This coating can be effectively used in a lithography process using F2 laser (157 nm) light.
[0358]
In addition, as the base material on which the resist film is applied, various base materials to which a conventional resist is applied can be similarly used. For example, any of a silicon wafer, a silicon wafer provided with an organic or inorganic antireflection film, and a glass substrate may be used. In particular, the sensitivity and profile shape on a silicon wafer provided with an organic antireflection film are good.
[0359]
【Example】
Next, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0360]
Experimental Example 1 (Synthesis of copolymer of TFE and OH group-containing fluorine-containing norbornene (NB-1) using methanol)
A 500 ml autoclave equipped with a valve, a pressure gauge, a stirrer and a thermometer was replaced with nitrogen several times and then evacuated to obtain an OH group-containing fluorine-containing norbornene (NB-1):
[0361]
Embedded image
[0362]
Of 39.0 g and 250 ml of HCFC-141b was charged. Next, 58.0 g of TFE was charged from the valve, and pentafluoropropionoyl peroxide: (CFThreeCF2COO)2A 10.0 wt% perfluorohexane solution (10.5 g) and methanol (0.22 g) were added and stirred at 35 ° C. for 3 hours for reaction.
[0363]
After releasing the unreacted monomer, the polymerization solution was taken out, concentrated and then reprecipitated with hexane to separate the copolymer. Vacuum drying was performed until a constant weight was obtained, to obtain 3.2 g of a copolymer.
[0364]
The composition ratio of this copolymer is1H-NMR and19From the results of F-NMR analysis, it was a 50/50 mol% copolymer of TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1).
The number average molecular weight was 3600 by GPC analysis.
[0365]
Experimental Example 2 (Synthesis of copolymer of TFE using methanol and OH group-containing fluorine-containing norbornene (NB-1))
The reaction was conducted in the same manner as in Experimental Example 1 except that 0.11 g of methanol was used as a chain transfer agent in Experimental Example 1, to obtain 3.7 g of a copolymer.
[0366]
The composition ratio of this copolymer is1H-NMR and19From the results of F-NMR analysis, it was a 50/50 mol% copolymer of TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1).
The number average molecular weight was 3700 by GPC analysis.
[0367]
Experimental Example 3 (Synthesis of copolymer of TFE and OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1))
In Experimental Example 1, the reaction was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that no chain transfer agent was used, to obtain 3.5 g of a copolymer.
[0368]
The composition ratio of this copolymer is1H-NMR and19From the results of F-NMR analysis, it was a 50/50 mol% copolymer of TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1).
The number average molecular weight was 3700 by GPC analysis.
[0369]
Experimental Example 4 (Synthesis of copolymer of TFE and OH group-containing fluorine-containing norbornene (NB-1))
In Experimental Example 1, no chain transfer agent was used, 30.6 g of OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1), and peroyl TCP (bis (4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate as a polymerization initiator ) Was used at 40 ° C. in the same manner as in Experimental Example 1 except that 6.5 g was used to obtain 3.9 g of a copolymer.
[0370]
The composition ratio of this copolymer is1H-NMR and19From the results of F-NMR analysis, it was a 50/50 mol% copolymer of TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1).
The number average molecular weight was 3700 by GPC analysis.
[0371]
Experimental Example 5 (TFE using methanol as chain transfer agent, OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1) and OCH2OCH2CHThreeSynthesis of copolymer with group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-2))
In Experimental Example 1, 23.5 g of (NB-1) and OCH2OCH2CHThreeGroup-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-2):
[0372]
Embedded image
[0373]
Was used in the same manner as in Experimental Example 1 except that 18.9 g was used, to obtain 3.0 g of a copolymer.
[0374]
The composition ratio of this copolymer is1H-NMR and19From the results of F-NMR analysis, TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1) / the OCH2OCH2CHThreeThe group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-2) was a 50/30/20 mol% copolymer.
The number average molecular weight was 3000 by GPC analysis.
[0375]
Experimental Example 6 (OCH2OCH2CHThreeGroup deprotection)
Into a 50 ml eggplant flask equipped with a reflux tube, 1.0 g of the polymer obtained in Experimental Example 5 was added, 20 ml of dichloromethane and 0.5 g of trifluoroacetic acid were added thereto, and the mixture was reacted for 3 hours at a temperature at which dichloromethane was refluxed with stirring. It was. After completion of the reaction, the dichloromethane solution was washed with water and dried over anhydrous sodium sulfate, and then the dichloromethane was distilled off with an evaporator, followed by vacuum drying at 60 ° C. until a constant weight was obtained to obtain 0.7 g of a white solid.1H-NMR and19From F-NMR analysis, TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1) / the OCH2OCH2CHThreeThe group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-2) was a copolymer of 50 / 49.5 / 0.5 mol%.
[0376]
Experimental Example 7 (Synthesis of copolymer of TFE and OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1))
In Experimental Example 1, 23.5 g of OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1) without using a chain transfer agent, OCH2OCH2CHThreeA reaction was carried out in the same manner as in Experimental Example 1 except that 18.9 g of the group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-2) was used, to obtain 2.9 g of a copolymer.
[0377]
The composition ratio of this copolymer is1H-NMR and19From the results of F-NMR analysis, TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1) / the OCH2OCH2CHThreeThe group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-2) was a 50/29/21 mol% copolymer.
The number average molecular weight was 3000 by GPC analysis.
[0378]
Experimental Example 8 (OCH2OCH2CHThreeGroup deprotection)
In a 50 ml eggplant flask equipped with a reflux tube, 1.0 g of the polymer obtained in Experimental Example 7 was taken and reacted and isolated with trifluoroacetic acid in the same manner as in Experimental Example 6 to obtain 0.8 g of a white solid. .1H-NMR and19From F-NMR analysis, TFE / the OH group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-1) / the OCH2OCH2CHThreeThe group-containing fluorine-containing norbornene derivative (NB-2) was a 50/50/0 mol% copolymer.
[0379]
Experimental Example 9 (Measurement of solubility in developer)
Using the fluorine-containing polymer obtained in Experimental Examples 1 to 8 and a polymer of parahydroxystyrene (PHS), the dissolution rate was measured by the quartz oscillator method (QCM method) as follows.
[0380]
(1) Preparation of sample: An antireflective film having a film thickness of 80 nm (AR19, manufactured by SHIPLEY Co., Ltd.) was formed on a quartz resonator plate with a diameter of 24 mm covered with gold, and the fluorine-containing materials obtained in Experimental Examples 1 to 7 thereon A solution (polymer concentration: 1 to 10%) in which a polymer and a polymer of parahydroxystyrene (PHS, weight average molecular weight 8000 manufactured by Aldrich) were dissolved in PGMEA was applied, dried at 110 ° C. for 90 seconds, and then 100 nm A coating was prepared.
[0381]
(2) Measurement of dissolution rate: The film thickness is calculated from the vibration frequency of the crystal plate and measured.
[0382]
The above-mentioned quartz vibrator plate coated with a fluoropolymer is immersed in a 2.38 wt% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution, which is a standard developer, and the film thickness changes with time from the time of immersion. Was measured by the change in frequency, and the dissolution rate per unit time (nm / sec) was calculated. (Reference: Advances in Resist Technology and Proceedings of SPIE Vol. 4690, 904 (2002)).
[0383]
Furthermore, the dissolution rate was measured in the same manner using a TMAH aqueous solution having a concentration of 0.595% by weight. The results are shown in Table 1.
[0384]
Experimental Example 10 (Measurement of transparency at a wavelength of 157 nm)
(1) Preparation of coating composition
The various fluoropolymers and PHS produced in Experimental Examples 1 to 5 and 7 were dissolved in PGMEA to a concentration of 1 to 10% to prepare coating compositions.
[0385]
(2) Coating
(1) Base material for transparency measurement (MgF2Application to
MgF2Each of the coating compositions was coated on the substrate at 1000 rpm at room temperature using a spin coater. After the application, it was baked at 100 ° C. for 15 minutes to produce a transparent film.
[0386]
(2) Film thickness measurement
MgF2A coating film was formed on the silicon wafer using each coating composition under the same conditions as described above except that a silicon wafer was used instead of the substrate.
[0387]
The thickness of each film was measured with an AFM apparatus (Seiko Electronics Co., Ltd. SPI3800).
[0388]
(3) Transparency measurement in the vacuum ultraviolet region
(1) Measuring device
・ Seya-Namioka spectrometer (High Energy Research Organization: BL-7B)
・ Slit 7 / 8-7 / 8
・ Detector PMT
・ Grating (GII: blaze wavelength 160nm, 1200 lines / mm)
The optical system is H.264. Namba et al., Rev. Sic. Instrum. , 60 (7), 1917 (1989).
[0389]
(2) Measurement of transmission spectrum
MgF obtained from each coating composition by the method (2) (1)2The transmission spectrum of 200 to 100 nm of the film formed on the substrate was measured using the above apparatus.
[0390]
The molecular absorbance coefficient was calculated from the transmittance at 157 nm and the film thickness of the coating. The results are shown in Table 1.
[0390]
Experimental Example 11 (Preparation of photoresist composition and measurement of resist film transparency)
(1) Preparation of photoresist composition
Polymer concentration by dissolving 5% by weight of photoacid generator (B) as a solvent (C) in PGMEA with respect to the fluoropolymer (A-2) and polymer (A-2) produced in Experimental Example 5 Diluted to 5% by weight.
[0392]
S- (trifluoromethyl) -dibenzothiophenium trifluoromethanesulfonate as a photoacid generator
[0393]
Embedded image
[0394]
Was used.
[0395]
(2) Coating
Using the photoresist composition, a Si substrate was applied with a spin coater to a film thickness of 100 nm and dried.
[0396]
(3) Measurement of transparency in the vacuum ultraviolet region
It carried out similarly to Experimental example 10. The molecular absorbance coefficient at 157 nm is shown in Table 1.
[0397]
[Table 1]
[0398]
【The invention's effect】
According to the production method of the present invention, it is possible to produce a fluorine-containing polymer for photoresists which is excellent in transparency in the vacuum ultraviolet region, and also has excellent solubility in an alkali developer while being a fluorine-containing polymer. In particular, it is possible to produce a fluoropolymer capable of forming an ultrafine pattern especially for F2 resist.
Claims (27)
R−(X)n
(式中、Rは炭素数1〜20のエーテル結合を含んでいても良い炭化水素基から選ばれるものであって、水素原子の一部がフッ素原子で置換されていても良い炭化水素基;Xは酸素原子含有の官能基および置換または非置換アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基;nは1〜4の整数)で示される連鎖移動剤を共存させてラジカル重合することを特徴とする現像液への溶解性に優れたレジスト用含フッ素重合体の製造方法。Fluoropolymer having an aliphatic ring structure repeating unit (M2) in the polymer main chain, and convertible to acid-reactive group Y 1 or acid-reactive group Y 1 that reacts with acid in the polymer In order to obtain a fluorine-containing polymer for resist having such a group Y 2 , a monomer mixture containing a monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain in the presence of a radical polymerization initiator, Formula (1):
R- (X) n
(In the formula, R is selected from hydrocarbon groups optionally containing an ether bond having 1 to 20 carbon atoms, and a part of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms; X is radical polymerization in the presence of a chain transfer agent represented by at least one functional group selected from the group consisting of an oxygen atom-containing functional group and a substituted or unsubstituted amino group; n is an integer of 1 to 4) A process for producing a fluorine-containing polymer for a resist excellent in solubility in a developing solution.
−(M1)−(M2)−(N1)−(N)− (M−1)
(式中、構造単位M1は炭素数2または3のエチレン性単量体であって、少なくとも1個のフッ素原子を有する含フッ素エチレン性単量体(m1)由来の繰り返し単位;構造単位M2は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)由来の繰り返し単位;構造単位N1は単量体(m1)および単量体(m2)と共重合可能な単量体(n1)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、単量体(m2)および単量体(n1)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位であって、構造単位M2またはN1のいずれか少なくとも一方に酸反応性基Y1または酸反応性基Y1に変換可能な基Y2を有し、構造単位M2に酸反応性基Y1または酸反応性基Y1に変換可能な基Y2を有する場合は構造単位N1とNは同じであってよい)であって、構造単位M1を1〜99モル%、構造単位M2を1〜99モル%、構造単位N1を0〜98モル%、構造単位Nを0〜98モル%含むレジスト用含フッ素重合体である請求項1記載の現像液への溶解性に優れたレジスト用含フッ素重合体の製造方法。A fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure repeating unit (M2) in the polymer main chain is represented by formula (M-1):
-(M1)-(M2)-(N1)-(N)-(M-1)
(In the formula, the structural unit M1 is an ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms and is a repeating unit derived from a fluorine-containing ethylenic monomer (m1) having at least one fluorine atom; A repeating unit derived from the monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain; the structural unit N1 is a monomer (n1) copolymerizable with the monomer (m1) and the monomer (m2) The structural unit N is a repeating unit derived from the monomer (n) that can be copolymerized with the monomer (m1), the monomer (m2), and the monomer (n1). has units M2 or acid-reactive group Y 1 or an acid-reactive group Y 1 can be converted into a group Y 2 in at least one of N1, acid-reactive groups in the structural unit M2 Y 1 or an acid-reactive group Y it may be the same structural unit N1 and N if having a group convertible Y 2 to 1) A fluorine-containing polymer for resists containing 1 to 99 mol% of structural unit M1, 1 to 99 mol% of structural unit M2, 0 to 98 mol% of structural unit N1, and 0 to 98 mol% of structural unit N. A method for producing a fluorine-containing polymer for a resist excellent in solubility in a developer according to claim 1.
−(M1)−(M2−2)−(M2)−(N)− (M−2)
(式中、構造単位M1、M2は前記式(M−1)と同じ;構造単位M2−2は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体であって酸反応性基Y1または酸反応性基Y1に変換可能な基Y2を有する単量体(m2−2)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、(m2−2)および単量体(m2)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位)であって、構造単位M1を1〜99モル%、構造単位M2−2を1〜99モル%、構造単位M2を0〜98モル%、構造単位Nを0〜98モル%含むレジスト用含フッ素重合体である請求項1記載の現像液への溶解性に優れたレジスト用含フッ素重合体の製造方法。The fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the polymer main chain is represented by the formula (M-2):
-(M1)-(M2-2)-(M2)-(N)-(M-2)
(In the formula, the structural units M1 and M2 are the same as those in the formula (M-1); the structural unit M2-2 is a monomer that can give an aliphatic ring structure to the polymer main chain, and is an acid-reactive group Y 1. Or a repeating unit derived from the monomer (m2-2) having a group Y 2 that can be converted into an acid-reactive group Y 1 ; the structural unit N is the monomer (m1), (m2-2) and the monomer ( m2) is a repeating unit derived from the monomer (n) copolymerizable with the structural unit M1, the structural unit M1 is 1 to 99 mol%, the structural unit M2-2 is 1 to 99 mol%, and the structural unit M2 is 0 to 0. 2. The method for producing a fluoropolymer for resist having excellent solubility in a developing solution according to claim 1, which is a fluoropolymer for resist containing 98 mol% and 0 to 98 mol% of the structural unit N.
(B)光酸発生剤、および
(C)溶剤
からなる組成物であって、該含フッ素重合体(A−1)が、請求項1〜17のいずれかに記載の製造方法で得られる重合体である現像液に対する溶解性に優れたレジスト被膜を与えるフォトレジスト組成物。(A-1) At least one acid reactivity of an OH group, an acid dissociable functional group that can be converted to an OH group by an acid, a COOH group or an acid dissociable functional group that can be dissociated by an acid to be converted to a COOH group A fluorine-containing polymer having a group Y 1 ;
A composition comprising (B) a photoacid generator and (C) a solvent, wherein the fluorine-containing polymer (A-1) is obtained by the production method according to claim 1. A photoresist composition that provides a resist film excellent in solubility in a developer that is a coalescence.
−(M1)−(M2−3)−(M2)−(N)− (M−3)
(式中、構造単位M1は炭素数2または3のエチレン性単量体であって少なくとも1個のフッ素原子を有する含フッ素エチレン性単量体(m1)由来の繰り返し単位;構造単位M2−3はOH基を有するフッ素原子を有していても良いノルボルネン誘導体(m2−3)由来の繰り返し単位;構造単位M2は重合体主鎖に脂肪族環構造を与え得る単量体(m2)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、(m2−3)および単量体(m2)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位)で示され、構造単位M1を24〜70モル%、構造単位M2−3を1〜70モル%、構造単位M2を0〜69モル%、構造単位Nを0〜20モル%含み、かつ(M1)+(M2−3)+(M2)=100としたとき(M1)/{(M2−3)+(M2)}が30/70〜70/30モル比である数平均分子量で1000〜50000の含フッ素重合体であって、該含フッ素重合体のQCM測定法で測定した、2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に対する溶解速度が500nm/sec以上である現像液に対する溶解性が優れたレジスト用含フッ素重合体。The functional group having an OH group and imparting solubility to a developer is a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in a polymer main chain having only an OH group, and the polymer is represented by the formula ( M-3):
-(M1)-(M2-3)-(M2)-(N)-(M-3)
(In the formula, the structural unit M1 is an ethylenic monomer having 2 or 3 carbon atoms and a repeating unit derived from a fluorine-containing ethylenic monomer (m1) having at least one fluorine atom; structural unit M2-3 Is a repeating unit derived from a norbornene derivative (m2-3) which may have a fluorine atom having an OH group; the structural unit M2 is derived from a monomer (m2) capable of giving an aliphatic ring structure to the polymer main chain. The repeating unit; the structural unit N is represented by the monomer (m1), (m2-3) and the repeating unit derived from the monomer (n) copolymerizable with the monomer (m2). 24 to 70 mol%, 1 to 70 mol% of the structural unit M2-3, 0 to 69 mol% of the structural unit M2, 0 to 20 mol% of the structural unit N, and (M1) + (M2-3) + When (M2) = 100, (M1) / {(M2-3) + M2)} is a fluorine-containing polymer having a number average molecular weight of 1000 to 50000 in a molar ratio of 30/70 to 70/30, and measured by QCM measurement method of the fluorine-containing polymer, 2.38 wt% tetra A fluorine-containing polymer for a resist excellent in solubility in a developing solution having a dissolution rate in a methylammonium hydroxide aqueous solution of 500 nm / sec or more.
−(M1)−(M2−3)−(M2−4)−(N)− (M−4)
(式中、構造単位M1、構造単位M2−3は式(M−3)と同じ;構造単位M2−4は酸でOH基に変換できる酸解離性官能基のうち少なくとも1種の官能基Y3を有するフッ素原子を有していても良いノルボルネン誘導体(m2−4)由来の繰り返し単位;構造単位Nは単量体(m1)、(m2−3)および単量体(m2−4)と共重合可能な単量体(n)由来の繰り返し単位)で示され、構造単位M1を24〜70モル%、構造単位M2−3を0〜69モル%、構造単位M2−4を1〜70モル%、構造単位Nを0〜20モル%含み、かつ(M1)+(M2−3)+(M2−4)=100としたとき(M1)/{(M2−3)+(M2−4)}が30/70〜70/30モル比である数平均分子量で1000〜50000の含フッ素重合体であって、ただし前記式(M−4)の含フッ素重合体を酸と反応させ構造単位M2−4中の酸解離性官能基Y3をOH基に変換させた酸反応後の含フッ素重合体において、現像液への溶解性を付与する官能基としてはOH基のみを有し、なお前記酸反応後の含フッ素重合体のQCM測定法で測定した、2.38重量%テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液に対する溶解速度が500nm/sec以上である現像液に対する溶解性が優れたレジスト用含フッ素重合体。A fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the polymer main chain having an acid-dissociable functional group Y 3 that can be converted into an OH group by an acid, wherein the polymer has the formula (M-4):
-(M1)-(M2-3)-(M2-4)-(N)-(M-4)
(In the formula, the structural unit M1 and the structural unit M2-3 are the same as the formula (M-3); the structural unit M2-4 is at least one functional group Y among acid dissociable functional groups that can be converted to an OH group with an acid. Repeating unit derived from norbornene derivative (m2-4) which may have a fluorine atom having 3 ; structural unit N is monomer (m1), (m2-3) and monomer (m2-4) The repeating unit derived from the copolymerizable monomer (n)), the structural unit M1 is 24-70 mol%, the structural unit M2-3 is 0-69 mol%, and the structural unit M2-4 is 1-70. When (M1) + (M2-3) + (M2-4) = 100, and (M1) / {(M2-3) + (M2-4) )} Is a fluorine-containing polymerization having a number average molecular weight of 1000 to 50000 in a 30/70 to 70/30 molar ratio. A with the proviso the formula (M-4) a fluorine-containing heavy an acid dissociable functional group Y 3 in the structural unit M2-4 is reacted with an acid-containing fluoropolymer after the reaction the acid was converted to the OH group In the coalescence, the functional group imparting solubility in the developing solution has only an OH group, and the 2.38% by weight tetramethylammonium hydro hydride was measured by the QCM measurement method of the fluoropolymer after the acid reaction. A fluorine-containing polymer for a resist excellent in solubility in a developing solution having a dissolution rate in an aqueous oxide solution of 500 nm / sec or more.
(B)光酸発生剤、および
(C)溶剤
からなるフォトレジスト組成物であって、前記含フッ素重合体(A−2)が請求項20〜26のいずれかに記載のレジスト用含フッ素重合体である現像液に対する溶解性に優れたレジスト被膜を与えるフォトレジスト組成物。(A-2) a fluorine-containing polymer having at least one acid-reactive group Y 4 of an acid-dissociable functional group that can be converted to an OH group by an OH group or an acid,
27. A photoresist composition comprising (B) a photoacid generator and (C) a solvent, wherein the fluorine-containing polymer (A-2) is a fluorine-containing heavy for a resist according to any one of claims 20 to 26. A photoresist composition that provides a resist film excellent in solubility in a developer that is a coalescence.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003007683A JP2006335774A (en) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Method for producing fluorine-containing polymer for resist |
PCT/JP2004/000031 WO2004063235A1 (en) | 2003-01-15 | 2004-01-07 | Process for the production of resist fluoropolymer |
TW93100926A TW200417551A (en) | 2003-01-15 | 2004-01-14 | Process for the production of photoresist fluoropolymer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003007683A JP2006335774A (en) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Method for producing fluorine-containing polymer for resist |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006335774A true JP2006335774A (en) | 2006-12-14 |
Family
ID=32709132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003007683A Pending JP2006335774A (en) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Method for producing fluorine-containing polymer for resist |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006335774A (en) |
TW (1) | TW200417551A (en) |
WO (1) | WO2004063235A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020125390A (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-20 | 信越化学工業株式会社 | Uv-curable liquid organopolysiloxane composition for image display device, adhesive for image display device including the composition, image display device using the adhesive, and adhesion method using the adhesive |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023054069A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 富士フイルム株式会社 | Method for examining light-sensitive composition, and method for producing light-sensitive composition |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1227569C (en) * | 1999-05-04 | 2005-11-16 | 纳幕尔杜邦公司 | Fluorinated polymers, photoresists and processes for microlithography |
JP2001296662A (en) * | 2000-04-13 | 2001-10-26 | Asahi Glass Co Ltd | Resist composition |
JP4395997B2 (en) * | 2000-06-09 | 2010-01-13 | 旭硝子株式会社 | Resist composition |
JP2001350265A (en) * | 2000-06-09 | 2001-12-21 | Asahi Glass Co Ltd | Resist composition |
JP4461575B2 (en) * | 2000-06-13 | 2010-05-12 | 旭硝子株式会社 | Resist composition |
-
2003
- 2003-01-15 JP JP2003007683A patent/JP2006335774A/en active Pending
-
2004
- 2004-01-07 WO PCT/JP2004/000031 patent/WO2004063235A1/en not_active Application Discontinuation
- 2004-01-14 TW TW93100926A patent/TW200417551A/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020125390A (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-20 | 信越化学工業株式会社 | Uv-curable liquid organopolysiloxane composition for image display device, adhesive for image display device including the composition, image display device using the adhesive, and adhesion method using the adhesive |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW200417551A (en) | 2004-09-16 |
WO2004063235A1 (en) | 2004-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101764443B1 (en) | CHEMICALLY AMPLIFIED POSITIVE RESIST COMPOSITION FOR ArF IMMERSION LITHOGRAPHY AND PATTERN FORMING PROCESS | |
US9678426B2 (en) | Polymerizable fluoromonomer, fluoropolymer, resist material, and method of pattern formation | |
TW591338B (en) | Bases and surfactants and their use in photoresist compositions for microlithography | |
US20130177848A1 (en) | Polymer, Resist Material Containing Same, and Method for Forming Pattern Using Same | |
JP2004182796A (en) | Polymer compound, resist composition containing the polymer compound and dissolution controller | |
US7408013B2 (en) | Low-polydispersity photoimageable polymers and photoresists and processes for microlithography | |
US20040101787A1 (en) | Fine pattern forming method | |
US20050191578A1 (en) | Process for preparing fluorine-containing polymer and photoresist composition | |
KR101017801B1 (en) | Photoresists with Hydroxylated, Photoacid-Cleavable Groups | |
JP2006335774A (en) | Method for producing fluorine-containing polymer for resist | |
JP2018044034A (en) | Fluorine-containing monomer and fluorine-containing polymer thereof, resist prepared therewith and pattern forming method using the same | |
JP5664319B2 (en) | Fluorine-containing lactone monomer compound, fluorine-containing lactone polymer compound, resist solution thereof, and pattern forming method using the same | |
JPWO2004024787A1 (en) | Method for producing fluorine-containing polymer for resist | |
US7408011B2 (en) | Photoresists, fluoropolymers and processes for 157 nm microlithography | |
EP1551886B1 (en) | Fluorinated polymers useful as photoresists, and processes for microlithography | |
JP5682363B2 (en) | Topcoat composition and pattern forming method using the same | |
JP4395997B2 (en) | Resist composition | |
WO2011105399A1 (en) | Fluorine-containing lactone monomeric compound, fluorine -containing lactone polymeric compound, resist fluid and topcoating composition that contain same, and method for pattern formation using same | |
US8470510B2 (en) | Polymer for lithographic purposes and method for producing same | |
JP7236830B2 (en) | Monomer, photoresist resin, photoresist resin composition, and pattern forming method | |
JP2006160988A (en) | Fluorine-containing polymer, method for producing the same and resist protective coat composition | |
JP2005239919A (en) | Vinyl ether compound, polymeric compound, photoresist material, and pattern forming method | |
JP2006085081A (en) | Method for forming fine pattern and resist composition used therefor | |
KR20220149090A (en) | Materials for semiconductor manufacturing | |
Vohra et al. | Fluoropolymer resists for 157-nm lithography |