JP2009102659A - 半導体リソグラフィー用共重合体とその製造方法、および組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明によれば、水酸基を有する単量体と水酸基を有さない単量体とを共重合して得る半導体リソグラフィー用共重合体において、水酸基を有する繰り返し単位の組成を制御した共重合体を用いることにより、上記の目的を達成することができる。
【選択図】なし
Description
共重合体10重量部、クロム(III)アセチルアセトナート1重量部を重アセトン20重量部に溶解し、試料溶液を調製した。この試料溶液をNMRチューブに入れ、13C−NMR(Bruker製400MHz)を用いて分析した。
共重合体4重量部をテトラヒドロフラン(以下、THF)100重量部に溶解し、試料溶液を調製した。この試料溶液20μLを、GPCカラム(昭和電工製KF−804L×4本)を備えたGPC装置(東ソー製GPC8220)にTHFを溶離液として注入し、溶出した液を示差屈折率(RI)検出器にて検出した。MwとMw/Mnは、あらかじめ標準ポリスチレンを用いて作成した検量線に基づいて算出した。
(2)で調製した試料溶液150μLを、GPCカラム(昭和電工製KF−804L×4本)を備えたGPC装置(東ソー製GPC8220)にTHFを溶離液として注入し、溶出した液を、Lab Conections製LC−Transform Model410システムに導入し、110℃に加熱しながら、定速で回転するゲルマニウムディスクに吹き付けた。このディスクをFT−IR用光学モジュールの回転ステージにセットし、FT−IR(日本電子製)を用いて、ディスクを回転させながらディスク上に塗布された共重合体の赤外吸収を100ポイント分析した。この結果と13C−NMRの分析結果とに基づいて、GPCにおける共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での水酸基を有する繰り返し単位の組成を求めた。以下に計算例を示す。なお、以下の例に限らず、その他の共重合体についても同様にしてGPCにおける共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での水酸基を有する繰り返し単位の組成を求めることができる。
13C−NMRで求めたヒドロキシスチレン組成をNOH(%)、アルキルアクリレート組成をNEとし、共重合体に相当する領域の各ポイントのFT−IR分析における水酸基とアクリル酸エステルのカルボニル基のピーク面積をそれぞれAOH、AEとし、共重合体に相当する領域の全ポイントの総和をそれぞれΣAOH、ΣAEとすると、各ポイントにおけるヒドロキシスチレン由来の繰り返し単位濃度(COHと表す)、アルキルアクリレート由来の繰り返し単位濃度(CEと表す)、共重合体濃度(CPと表す)は以下の式で計算される。
COH=NOH×(AOH/ΣAOH)(%)
CE=NE×(AE/ΣAE)(%)
CP=COH+CE(%)
DOH=〔{(Σ5%COH/Σ5%CP)/NOH}−1〕×100(%)
13C−NMRで求めた水酸基含有アクリレート組成をNOH(%)とし、共重合体に相当する領域の各ポイントのFT−IR分析における水酸基とアクリル酸エステルのカルボニル基のピーク面積をそれぞれAOH、AEとし、共重合体に相当する領域の全ポイントの総和をそれぞれΣAOH、ΣAEとすると、各ポイントにおける水酸基含有アクリレート濃度(COHと表す)と共重合体濃度(CPと表す)は以下の式で計算される。
COH=NOH×(AOH/ΣAOH)(%)
CP=AE/ΣAE(%)
DOH=〔{(Σ5%COH/Σ5%CP)/NOH}−1〕×100(%)
共重合体60重量部、PGMEA 360重量部からなる15重量%PGMEA溶液に、光酸発生剤としてトリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム1.0重量部、トリエタノールアミン0.1重量部を加えて溶解し、0.05μmのメンブランフィルターでろ過してレジスト組成物を調製した。このレジスト組成物をSiウエハー上にスピンコーティングし、ホットプレート上で120℃、90秒間乾燥させて、膜厚500μmのレジスト薄膜を調製した。KrFエキシマレーザーステッパー(ニコン社製NA=0.6)を用いて露光し、露光後、直ちに120℃で90秒間ベークした。次いで、2.38重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて、室温で60秒間現像し、次いで純水でリンスしてレジストパターンを得た。200nmのラインアンドスペースパターン(1:1)を得るための最適露光量を求め、これを感度とした。また、その時のパターン形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。感度とパターン形状の観察結果を表1にまとめた。
窒素雰囲気に保ったモノマー溶液調製槽にp−ヒドロキシスチレン(以下、「PHS」と記す。)24%、メタノール23%、水10%を含むp−エチルフェノール溶液158kg、tert−ブチルアクリレート19.0kg、AIBN 1.5kgを仕込んで溶解し、モノマー溶液を調製した。このモノマー溶液35kgを重合槽に移送し、撹拌しながら80℃に昇温した後、残りのモノマー溶液を2時間かけて80℃に保った重合槽内に供給して重合させた。供給終了後、重合温度を80℃に保ったまま2時間熟成させ、室温まで冷却した。得られた重合液をトルエン620kgに滴下してポリマーを沈殿させた後、上澄みを除去した。次いで、メタノール36kgで溶解し、トルエン620kgに再沈殿させ、上澄みを除去する操作を2回繰り返した後、メタノール90kgに再溶解した。さらに、水55kgを加えて再沈殿させ、上澄み液を除去した後、メタノール90kgで再溶解させる操作を2回繰り返し、得られたメタノール溶液を、キュノ製フィルター40QSHに通液した。通液後のメタノール溶液の一部をサンプリングし、減圧乾燥器にて乾燥し、得られた淡黄色固体を13C−NMRとGPC−IRにて分析し、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成を求めた。また、残りのメタノール溶液を減圧下で加熱してメタノールなどの低沸点溶媒を追い出しながらプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(以下、「PGMEA」と記す。)を投入し、共重合体15%を含むPGMEA溶液を調製した。その後、上記(4)に記載した方法でレジスト組成物を調製し、レジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
実施例1のtert−ブチルアクリレート19.0kg、AIBN 1.5kgの代わりに、1−エチル−1−シクロペンチルアクリレート20.5kg、AIBN 2.2kgとした以外は実施例1と同様に行い、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成の分析、およびレジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
窒素雰囲気に保った原料調製槽にメチルエチルケトン(以下、「MEK」と記す)63.0kg、5−メタクリロイルオキシ−2,6−ノルボルナンカルボラクトン(以下、「NLM」と記す)15.6kg、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート(以下、「MAM」と記す)17.8kg、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(以下、「HAM」と記す)8.1kgを仕込み、20〜25℃で攪拌してモノマー溶液を調製した。また、窒素雰囲気に保った別の容器にMEK10.0kg、ジメチル−2,2'−アゾビスイソブチレート1.0kgを仕込み、10〜20℃で攪拌して溶解させて開始剤溶液を調製した。窒素雰囲気に保った重合槽にMEK24.0kgを仕込み、攪拌しながら80℃に加熱した後、室温(約20℃)に保った開始剤溶液と温度25〜30℃に加温したモノマー溶液を、80℃に保った重合槽内に同時に供給開始し、各々一定速度で4時間かけて供給した。供給終了後、重合温度を80℃に保ったまま2時間熟成させ、室温まで冷却して重合液を取り出した。得られた重合液を420kgのn−ヘキサンに滴下してポリマーを沈殿させ、ろ過した後、得られたウエットケーキを、水5重量%を含むメタノール350kgで洗浄してろ過する操作を2回繰り返した。得られたウエットケーキの一部をサンプリングして減圧乾燥機で乾燥させ、得られた白色粉体を13C−NMRとGPC−IRにて分析し、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成を求めた。残りのウエットケーキは、MEKに再溶解し、キュノ社製フィルター40QSHに通液した後、減圧下で加熱してMEKを追い出しながらPGMEAを投入し、共重合体15%を含むPGMEA溶液を調製した。その後、実施例1と同様にして、レジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
窒素雰囲気に保った原料調製槽にMEK61.0kg、α−メタクリロイルオキシ−γブチロラクトン(以下、「GBLM」と記す)13.3kg、MAM 19.7kg、HAM 9.0kgを仕込み、20〜25℃で攪拌してモノマー溶液を調製した。また、窒素雰囲気に保った別の容器にMEK11.0kg、AIBN 1.1kgを仕込み、10〜20℃で攪拌して溶解させて開始剤溶液を調製した。窒素雰囲気に保った重合槽にMEK25.0kgを仕込んだ。以降の操作は実施例3と同様にして行い、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成の分析、およびレジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
水55kgを加えて再沈殿させ、上澄み液を除去した後、メタノール90kgで再溶解させる操作を2回繰り返す代わりに、n−ヘキサン540kgを加えて再沈殿させ、上澄みを除去した後、メタノール90kgで再溶解する操作を1回行った以外は実施例1と同様に行い、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成の分析、およびレジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
水55kgを加えて再沈殿させ、上澄み液を除去した後、メタノール90kgで再溶解させる操作を2回繰り返す代わりに、n−ヘキサン540kgを加えて再沈殿させ、上澄みを除去した後、メタノール90kgで再溶解する操作を1回行った以外は実施例2と同様に行い、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成の分析、およびレジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
重合液を、420kgのn−ヘキサンの代わりに、水5重量%を含むメタノール700kgに滴下した以外は実施例3と同様に行い、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成の分析、およびレジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
重合液を、420kgのn−ヘキサンの代わりに、水5重量%を含むメタノール700kgに滴下した以外は実施例4と同様に行い、共重合体の平均組成とMw、Mw/Mn、共重合体ピークの5%に相当する低分子量域での共重合体組成の分析、およびレジストパターン評価を行った。結果を表1に示した。
Claims (5)
- ヒドロキシスチレン、又は(A4)3−ヒドロキシ−1−アダマンチル基が(A3)アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる単量体のカルボキシル基の水素原子に置換したヒドロキシアルキルエステルから選ばれる水酸基を有する単量体(A)と、水酸基を有さない酸解離性基で(A3)アクリル酸、メタクリル酸から選ばれる単量体のカルボキシル基を保護した構造を有する単量体(B)とを共重合することを特徴とする半導体リソグラフィー用共重合体であって、13C−NMRで該共重合体の共重合組成を測定し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で分離した後にFT−IRで分析することにより得られる、該共重合体全体ピークの5%に相当する低分子量域での水酸基を有する繰り返し単位のモル組成が、共重合体全体における水酸基を有する繰り返し単位の平均モル組成の±10%以内である半導体リソグラフィー用共重合体の製造方法。
- 単量体(B)の、水酸基を有さない酸解離性基で単量体(A3)の水酸基を保護する構造が、tert−ブチル基、tert−アミル基、1−メチル−1−シクロペンチル基、1−エチル−1−シクロペンチル基、1−メチル−1−シクロヘキシル基、1−エチル−1−シクロヘキシル基、2−メチル−2−アダマンチル基、2−エチル−2−アダマンチル基、2−プロピル−2−アダマンチル基、2−(1−アダマンチル)−2−プロピル基、8−メチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、8−エチル−8−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、8−メチル−8−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル基、8−エチル−8−テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカニル基、1−メトキシエチル基、1−エトキシエチル基、1−iso−プロポキシエチル基、1−n−ブトキシエチル基、1−tert−ブトキシエチル基、1−シクロペンチルオキシエチル基、1−シクロヘキシルオキシエチル基、1−トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルオキシエチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、iso−プロポキシメチル基、n−ブトキシメチル基、tert−ブトキシメチル基、シクロペンチルオキシメチル基、シクロヘキシルオキシメチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニルオキシメチル基、テトラヒドロピラニル基、tert−ブトキシカルボニル基から選ばれる構造である請求項1に記載の半導体リソグラフィー用共重合体の製造方法。
- (A3)のカルボキシル基に総炭素数4〜20のラクトン構造を含む基が置換した単量体(C)をさらに共重合して得られる請求項1又は2に記載の半導体リソグラフィー用共重合体の製造方法。
- 重合反応後に、得られた共重合体を、水及びアルコール性水酸基を有する化合物から選ばれる水酸基を有する極性溶媒と接触させて再沈殿もしくは洗浄する工程と、得られた共重合体を、飽和炭化水素及び芳香族炭化水素から選ばれる水酸基を有さない非極性溶媒と接触させて再沈殿もしくは洗浄する工程とを行うものである、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体リソグラフィー用共重合体の製造方法。
- 水酸基を有する極性溶媒が水、メタノール、エタノール、及びイソプロパノールから選ばれるアルコールであり、水酸基を有さない非極性溶媒がペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロペンタン、メチルシクロヘキサン、トルエン、及びキシレンから選ばれる炭化水素である、請求項4に記載の半導体リソグラフィー用共重合体の製造方法。
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