JP2017222832A - Polymer, negative resist material, and pattern forming method - Google Patents

Polymer, negative resist material, and pattern forming method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer suitable as a base resin of negative resist materials, with small line edge roughness, at higher resolution than that of conventional negative resist materials, and negative resist materials containing the same, and a pattern forming method using the same.SOLUTION: A polymer contains a repeating unit represented by the formula (a), a repeating unit represented by the formula (b), and a repeating unit represented by the formula (c) and has a weight average molecular weight of 1,000-500,000.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリマー、ネガ型レジスト材料、及びパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a polymer, a negative resist material, and a pattern forming method.

LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が急速に進んでいる。10nmノードロジックデバイスの量産や、DRAMについては20nm以下のデバイス量産が間近である。これらは、ダブルパターニングArFリソグラフィーによって形成される。また、波長13.5nmの極端紫外線(EUV)リソグラフィーの検討が進められている。   With the high integration and high speed of LSI, pattern rule miniaturization is progressing rapidly. Mass production of 10 nm node logic devices and mass production of devices of 20 nm or less are imminent. These are formed by double patterning ArF lithography. Further, extreme ultraviolet (EUV) lithography having a wavelength of 13.5 nm is being studied.

一方、フラッシュメモリーは、15nmまでの微細化を牽引した後、立体的な積層によって容量を増やす3次元メモリーにシフトしてきている。この場合は、多段の積層膜を加工するための10μmを超える超厚膜の加工技術が必要とされる。   On the other hand, the flash memory has been shifted to a three-dimensional memory that increases the capacity by three-dimensional stacking after pulling down to 15 nm. In this case, an ultra-thick film processing technique exceeding 10 μm for processing a multi-layered laminated film is required.

ArFダブルパターニングリソグラフィーにおいて、マスクの枚数が増えるとともに、複数のマスクの位置合わせ精度向上やパターン寸法の高精度化が必要である。EUVリソグラフィー用のマスクにおいても、ArFリソグラフィー用よりも一段と微細なパターンの形成と、それぞれのパターンの高精度化が必要である。   In ArF double patterning lithography, as the number of masks increases, it is necessary to improve the alignment accuracy of a plurality of masks and increase the accuracy of pattern dimensions. Even in the mask for EUV lithography, it is necessary to form a finer pattern than in the case of ArF lithography and to increase the accuracy of each pattern.

マスクパターン製作においては、電子線(EB)リソグラフィーによるレジストパターン形成が行われている。EBリソグラフィーのスループット向上のために、化学増幅レジストが一般的に用いられている。前記化学増幅レジストとしては、例えば、ポリヒドロキシスチレンのヒドロキシ基の一部を酸不安定基で置換したポリマーをベース樹脂とし、これに酸発生剤、酸の拡散を制御するクエンチャー、界面活性剤及び有機溶剤を配合したものが挙げられる。化学増幅レジストは、高感度化のメリットがあるが、一方で酸拡散の像のぼけによって解像度やパターンの精度が低下してしまうという欠点も有している。   In manufacturing a mask pattern, a resist pattern is formed by electron beam (EB) lithography. In order to improve the throughput of EB lithography, a chemically amplified resist is generally used. Examples of the chemically amplified resist include, as a base resin, a polymer obtained by substituting a part of the hydroxy group of polyhydroxystyrene with an acid labile group, and an acid generator, a quencher that controls acid diffusion, and a surfactant. And what mix | blended the organic solvent is mentioned. Chemically amplified resists have the advantage of higher sensitivity, but also have the disadvantage that resolution and pattern accuracy are reduced due to blurring of the image of acid diffusion.

EBリソグラフィーによるレジストパターンの解像性の向上とともに、レジストパターンのアスペクト比が増加し、これによって現像後のリンス乾燥時の応力によってパターンの倒れが発生するという問題が生じている。これを防ぐために、レジスト膜の薄膜化が進行している。これとともにドライエッチング耐性の向上が必要となり、レジスト膜のドライエッチング耐性向上のために、酸不安定基で置換されたポリヒドロキシスチレンと、インデン(特許文献1)やアセナフチレン(特許文献2)とを共重合したポリマーベースのポジ型レジストが提案された。インデンやアセナフチレンを共重合することによって、ドライエッチング耐性が向上しただけでなく、酸拡散を制御するメリットもあって、解像性の向上にも寄与した。   Along with the improvement of the resolution of the resist pattern by EB lithography, the aspect ratio of the resist pattern increases, and this causes a problem that the pattern collapses due to the stress at the time of rinse drying after development. In order to prevent this, the resist film has been made thinner. At the same time, it is necessary to improve the dry etching resistance. In order to improve the dry etching resistance of the resist film, polyhydroxystyrene substituted with an acid labile group, indene (Patent Document 1) and acenaphthylene (Patent Document 2) are used. Copolymerized polymer-based positive resists have been proposed. Copolymerization of indene and acenaphthylene not only improved dry etching resistance, but also had the advantage of controlling acid diffusion, contributing to improved resolution.

ネガ型レジストの場合においても、架橋剤あるいは架橋ユニットを含むベースポリマーを用いるネガ型レジストだけでなく、酸による脱水反応によって親水性が低下するネガ型レジストにおいても、インデンやアセナフチレンに由来する繰り返し単位を含むポリマーが用いられた(特許文献4)。   Even in the case of a negative resist, not only a negative resist using a base polymer containing a crosslinking agent or a crosslinking unit, but also a negative resist whose hydrophilicity decreases due to a dehydration reaction with an acid, a repeating unit derived from indene or acenaphthylene. A polymer containing was used (Patent Document 4).

近年、マスク基板として酸化膜系のハードマスクが適用されるようになってきており、レジスト膜の過度なドライエッチング耐性の向上は必要なくなった。ドライエッチング耐性を向上させるよりも解像性に優れたレジストが要求されるようになってきており、解像性の向上に加えて近年は、エッジラフネス(LER、LWR)の低減が重要になってきている。   In recent years, an oxide film type hard mask has been applied as a mask substrate, and it has become unnecessary to improve the resistance of the resist film to excessive dry etching. There is a growing demand for resists with higher resolution than improving dry etching resistance. In recent years, in addition to improving resolution, it has become important to reduce edge roughness (LER, LWR). It is coming.

特開2004−115630号公報JP 2004-115630 A 特開2006−169302号公報JP 2006-169302 A 特開2004−61794号公報JP 2004-61794 A 特開2013−164588号公報JP 2013-164588 A

本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、従来のネガ型レジスト材料を上回る高解像度でエッジラフネスが小さいネガ型レジスト材料のベース樹脂として好適なポリマー、該ポリマーを用いたネガ型レジスト材料、特に、i線、ArFエキシマレーザー、EB、EUV露光に好適なネガ型レジスト材料、及びこれを用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, a polymer suitable as a base resin for a negative resist material having a higher resolution and a smaller edge roughness than a conventional negative resist material, a negative resist material using the polymer, In particular, an object of the present invention is to provide a negative resist material suitable for i-line, ArF excimer laser, EB, and EUV exposure, and a pattern forming method using the same.

本発明者らは、近年要望される、高解像度を有し、エッジラフネスが小さいネガ型レジスト材料を得るべく鋭意検討を重ねた結果、これには特定の繰り返し単位を含むポリマーをネガ型レジスト材料のベース樹脂として用いれば極めて有効であることを知見し、本発明を完成させた。   As a result of intensive investigations to obtain a negative resist material having high resolution and low edge roughness, which has been recently demanded, the present inventors have found that a polymer containing a specific repeating unit includes a negative resist material. It was found that it was extremely effective when used as a base resin, and the present invention was completed.

特許文献4に記載されたインデンやアセナフチレンに由来する繰り返し単位を含むポリマーは、酸拡散制御に優れ、エッジラフネスが低減したが、更なる性能の向上が必要である。インデンやアセナフチレンを共重合することによって主鎖が剛直になり、ポリマーのガラス転移点が高くなって、これによって酸拡散距離が短くなる。前記共重合体は、スチレン共重合体よりも酸拡散制御の効果が高い。一方、インデンやアセナフチレンは疎水性の芳香族化合物であるため、ポリマー内で親水性部分と疎水性部分が混在し、アルカリ現像液の溶解性が不均一になって膨潤を引き起こし、エッジラフネス劣化の要因となる。   A polymer containing a repeating unit derived from indene or acenaphthylene described in Patent Document 4 has excellent acid diffusion control and reduced edge roughness, but further improvement in performance is necessary. By copolymerizing indene and acenaphthylene, the main chain becomes stiff and the glass transition point of the polymer is increased, thereby shortening the acid diffusion distance. The copolymer has a higher acid diffusion control effect than the styrene copolymer. On the other hand, since indene and acenaphthylene are hydrophobic aromatic compounds, hydrophilic and hydrophobic parts are mixed in the polymer, so that the solubility of the alkaline developer becomes non-uniform and causes swelling, resulting in deterioration of edge roughness. It becomes a factor.

特許文献3に記載された酸不安定基で部分置換されたヒドロキシスチレンと、クマリンとの共重合ポリマーは、クマリンがエステル基を有している分だけインデンやアセナフチレンより疎水性が低く、アルカリ現像液中での膨潤を抑えてエッジラフネスを低減させる。しかしながら、クマリンの重合性が低いために、これをポリマー内に均一に導入することは難しく、狙ったとおりのエッジラフネス低減には結びつかない。   The copolymer of hydroxystyrene partially substituted with an acid labile group described in Patent Document 3 and coumarin has a lower hydrophobicity than indene or acenaphthylene because of the presence of coumarin, and alkali development. Reduces edge roughness by suppressing swelling in the liquid. However, it is difficult to uniformly introduce the coumarin into the polymer due to the low polymerizability of coumarin, and this does not lead to the reduction of edge roughness as intended.

本発明者らは、更に酸拡散を抑えてアルカリ溶解均一性を向上させてエッジラフネスを低減させるために鋭意検討を重ねた結果、ビニルアントラキノンに由来する繰り返し単位、ヒドロキシ基含有3級アルキル基が結合したベンゼン環を含む繰り返し単位、及びヒドロキシスチレンに由来する繰り返し単位を含むポリマーをネガ型レジスト材料のベース樹脂として用いることにより、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが高く、酸拡散を抑える効果が高く、高解像性を有し、露光後のパターン形状とエッジラフネスが良好である、特に超LSI製造用あるいはフォトマスクの微細パターン形成材料として好適なネガ型レジスト材料が得られることを知見した。   As a result of intensive studies to further suppress acid diffusion and improve alkali dissolution uniformity and reduce edge roughness, the present inventors have found that a repeating unit derived from vinyl anthraquinone, a hydroxy group-containing tertiary alkyl group, By using a polymer containing a repeating unit containing a bonded benzene ring and a repeating unit derived from hydroxystyrene as the base resin of a negative resist material, the alkali dissolution rate contrast before and after exposure is high, and the effect of suppressing acid diffusion is high. The present inventors have found that a negative resist material having high resolution and good pattern shape and edge roughness after exposure, particularly suitable for ultra LSI manufacturing or as a fine pattern forming material for a photomask can be obtained.

ビニルアントラキノンはスチレン誘導体と同様重合性が高いため、ポリマー内に均一に導入することができる。カルボニル基を2つ有して適度に親水性を有しているために、ポリマー内の親水性と疎水性の差が小さく、これによってアルカリ溶解性が均一化する。2つのカルボニル基は酸拡散を制御する特性もある。以上の特性により、高解像度でエッジラフネスが小さいレジストパターンを得ることができる。   Since vinyl anthraquinone has high polymerizability like a styrene derivative, it can be uniformly introduced into the polymer. Since it has two carbonyl groups and is moderately hydrophilic, the difference between the hydrophilicity and the hydrophobicity in the polymer is small, thereby making the alkali solubility uniform. The two carbonyl groups also have the property of controlling acid diffusion. With the above characteristics, a resist pattern with high resolution and low edge roughness can be obtained.

本発明のネガ型レジスト材料は、特に、レジスト膜としたときの溶解コントラストが高く、酸拡散を抑える効果が高く、高解像性を有し、露光余裕度があり、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好である。したがって、これらの優れた特性を有することから実用性が極めて高く、超LSI用レジスト材料マスクパターン形成材料として非常に有効である。   The negative resist material of the present invention has a particularly high dissolution contrast when used as a resist film, a high effect of suppressing acid diffusion, a high resolution, an exposure margin, and excellent process adaptability, The pattern shape after exposure is good. Therefore, since it has these excellent characteristics, it is extremely practical and is very effective as a resist material mask pattern forming material for VLSI.

すなわち、本発明は、下記ポリマー、ネガ型レジスト材料及びパターン形成方法を提供する。
1.下記式(a)で表される繰り返し単位、下記式(b)で表される繰り返し単位、及び下記式(c)で表される繰り返し単位を含み、重量平均分子量が1,000〜500,000であるポリマー。

Figure 2017222832
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R1は、ヒドロキシ基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキル基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基、又はハロゲン原子を表す。R2及びR5は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜6のアルキル基、又はハロゲン原子である。R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、R3とR4とが結合して、これらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよい。X1及びX2は、それぞれ独立に、単結合又はエステル基である。mは、1又は2である。p及びqは、それぞれ独立に、0又は1である。rは、0〜4の整数である。)
2.更に、下記式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含む1のポリマー。
Figure 2017222832
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R21は、単結合、フェニレン基、−O−R31−、又は−C(=O)−Z1−R31−であり、Z1は、−O−又は−NH−であり、R31は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、フッ素原子、水素原子又はトリフルオロメチル基であるが、Rf1〜Rf4のうち少なくとも1つはフッ素原子である。R22〜R29は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又はメルカプトフェニル基である。Y1は、単結合、又はエステル基、エーテル基又若しくはラクトン環を含んでいてもよい炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−R32−、又は−C(=O)−Z2−R32−であり、Z2は、−O−又は−NH−であり、R32は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。M-は、非求核性対向イオンである。)
3.1又は2のポリマーを含むベース樹脂を含むネガ型レジスト材料。
4.更に、有機溶剤及び酸発生剤を含む化学増幅レジスト材料である2又は3のネガ型レジスト材料。
5.更に、塩基性化合物を含む2〜4のいずれかのネガ型レジスト材料。
6.更に、界面活性剤を含む2〜5のいずれかのネガ型レジスト材料。
7.2〜6のいずれかのネガ型レジスト材料を基板上に塗布し、加熱処理をしてレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて露光したレジスト膜を現像する工程とを含むパターン形成方法。
8.前記基板が、フォトマスクブランクである7のパターン形成方法。
9.前記高エネルギー線が、波長180〜400nmの紫外線である7又は8のパターン形成方法。
10.前記高エネルギー線が、EB又は波長3〜15nmのEUVである7又は8のパターン形成方法。
11.3〜6のいずれかのネガ型レジスト材料を塗布したフォトマスクブランク。 That is, the present invention provides the following polymer, negative resist material, and pattern formation method.
1. A repeating unit represented by the following formula (a), a repeating unit represented by the following formula (b), and a repeating unit represented by the following formula (c) have a weight average molecular weight of 1,000 to 500,000. Is a polymer.
Figure 2017222832
(In the formula, each R A is independently a hydrogen atom or a methyl group. R 1 is a hydroxy group, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a linear or branched group, and Represents an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or a halogen atom, and R 2 and R 5 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a halogen atom. R 3 and R 4 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded together with the carbon atom to which they are bonded. X 1 and X 2 are each independently a single bond or an ester group, m is 1 or 2, and p and q are each independently 0 or 1; R is an integer from 0 to 4)
2. Furthermore, 1 polymer containing at least 1 sort (s) chosen from the repeating unit represented by following formula (f1)-(f3).
Figure 2017222832
(In the formula, each R A independently represents a hydrogen atom or a methyl group. R 21 represents a single bond, a phenylene group, —O—R 31 —, or —C (═O) —Z 1 —R 31. -, Z 1 is -O- or -NH-, and R 31 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, linear, branched or cyclic carbon. It is an alkenylene group of 2 to 6 or a phenylene group, and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group, and Rf 1 to Rf 4 each independently represents a fluorine atom, a hydrogen atom or a trimethyl group. Although it is a fluoromethyl group, at least one of Rf 1 to Rf 4 is a fluorine atom, and each of R 22 to R 29 independently represents a straight chain which may contain a carbonyl group, an ester group or an ether group. , Branched or cyclic C 1-12 An alkyl group, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a mercaptophenyl group, and Y 1 may contain a single bond, an ester group, an ether group, or a lactone ring. A good linking group having 1 to 12 carbon atoms Y 2 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, —O—R 32 —, or —C (═O) —Z 2. —R 32 —, Z 2 is —O— or —NH—, and R 32 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, or a linear group. A branched or cyclic alkenylene group having 2 to 6 carbon atoms, which may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group, and M is a non-nucleophilic counterion.)
3. A negative resist material containing a base resin containing the polymer 1 or 2.
4). Furthermore, the negative resist material of 2 or 3 which is a chemically amplified resist material containing an organic solvent and an acid generator.
5. Furthermore, the negative resist material in any one of 2-4 containing a basic compound.
6). Furthermore, the negative resist material in any one of 2-5 containing surfactant.
A step of applying a negative resist material according to any one of 7.2 to 6 on a substrate and performing a heat treatment to form a resist film; a step of exposing the resist film with a high energy beam; and a developer. And a step of developing the exposed resist film.
8). 7. The pattern forming method according to 7, wherein the substrate is a photomask blank.
9. The pattern forming method according to 7 or 8, wherein the high energy ray is an ultraviolet ray having a wavelength of 180 to 400 nm.
10. The pattern forming method according to 7 or 8, wherein the high energy ray is EB or EUV having a wavelength of 3 to 15 nm.
The photomask blank which apply | coated the negative resist material in any one of 11.3-6.

本発明のポリマーを含むネガ型レジスト材料は、露光前後のアルカリ溶解速度コントラストが大幅に高く、高解像性を有し、露光後のパターン形状とラインエッジラフネスが良好で、その上、特に酸拡散速度を抑制できる。したがって、特に超LSI製造用あるいはフォトマスクの微細パターン形成材料、EUV露光用、ArFエキシマレーザー露光用のパターン形成材料として好適である。また、本発明のネガ型レジスト材料は、半導体回路形成におけるリソグラフィーだけでなく、マスク回路パターンの形成、あるいはマイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド回路形成等にも応用することができる。   The negative resist material containing the polymer of the present invention has a significantly high alkali dissolution rate contrast before and after exposure, high resolution, good pattern shape after exposure and line edge roughness, and in particular, acid resistance. The diffusion rate can be suppressed. Therefore, it is particularly suitable as a pattern forming material for ultra LSI manufacturing or photomask fine pattern forming material, EUV exposure, ArF excimer laser exposure. The negative resist material of the present invention can be applied not only to lithography in semiconductor circuit formation, but also to mask circuit pattern formation, micromachine, thin film magnetic head circuit formation, and the like.

[ポリマー]
本発明のポリマーは、下記式(a)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位aという。)、下記式(b)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位bという。)、及び下記式(c)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位cという。)を含み、重量平均分子量(Mw)が1,000〜500,000である。

Figure 2017222832
[polymer]
The polymer of the present invention has a repeating unit represented by the following formula (a) (hereinafter referred to as repeating unit a), a repeating unit represented by the following formula (b) (hereinafter referred to as repeating unit b), and the following. It contains a repeating unit represented by the formula (c) (hereinafter referred to as repeating unit c) and has a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 500,000.
Figure 2017222832

式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R1は、ヒドロキシ基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキル基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基、又はハロゲン原子を表す。R2及びR5は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜6のアルキル基、又はハロゲン原子である。R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、R3とR4とが結合して、これらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよい。X1及びX2は、それぞれ独立に、単結合又はエステル基である。mは、1又は2である。p及びqは、それぞれ独立に、0又は1である。rは、0〜4の整数である。 In the formula, each R A is independently a hydrogen atom or a methyl group. R 1 represents a hydroxy group, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or a halogen atom. R 2 and R 5 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom. R 3 and R 4 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other together with the carbon atom to which they are bonded. May be formed. X 1 and X 2 are each independently a single bond or an ester group. m is 1 or 2. p and q are each independently 0 or 1. r is an integer of 0-4.

繰り返し単位aを得るためのモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。

Figure 2017222832
Examples of the monomer for obtaining the repeating unit a include, but are not limited to, those shown below.
Figure 2017222832

繰り返し単位bを得るためのモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

Figure 2017222832
Examples of the monomer for obtaining the repeating unit b include, but are not limited to, those shown below. In the following formula, R A is the same as described above.
Figure 2017222832

繰り返し単位cを得るためのモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

Figure 2017222832
Examples of the monomer for obtaining the repeating unit c include, but are not limited to, those shown below. In the following formula, R A is the same as described above.
Figure 2017222832

本発明のポリマーは、更に、ヒドロキシ基、ラクトン環、エーテル基、エステル基、カルボニル基及びシアノ基から選ばれる密着性基を含む繰り返し単位dを含んでもよい。繰り返し単位dを与えるモノマーとしては、以下に示すものが挙げられるが、これらに限定されない。なお、下記式中、RAは、前記と同じである。

Figure 2017222832
The polymer of the present invention may further contain a repeating unit d containing an adhesive group selected from a hydroxy group, a lactone ring, an ether group, an ester group, a carbonyl group and a cyano group. Monomers that give the repeating unit d include, but are not limited to, those shown below. In the following formula, R A is the same as described above.
Figure 2017222832

Figure 2017222832
Figure 2017222832

Figure 2017222832
Figure 2017222832

Figure 2017222832
Figure 2017222832

Figure 2017222832
Figure 2017222832

Figure 2017222832
Figure 2017222832

Figure 2017222832
Figure 2017222832

Figure 2017222832
Figure 2017222832

ヒドロキシ基を含むモノマーの場合、重合時にヒドロキシ基をエトキシエトキシ基等の酸によって脱保護しやすいアセタール基で置換しておいて重合後に弱酸と水によって脱保護を行ってもよいし、アセチル基、ホルミル基、ピバロイル基等で置換しておいて重合後にアルカリ加水分解を行ってもよい。   In the case of a monomer containing a hydroxy group, the hydroxy group may be replaced with an acetal group that can be easily deprotected with an acid such as an ethoxyethoxy group at the time of polymerization, and then deprotected with a weak acid and water after the polymerization, or an acetyl group, Substitution with a formyl group, pivaloyl group or the like, and alkali hydrolysis may be performed after polymerization.

本発明のポリマーは、重合性オレフィンを含むオニウム塩に由来する繰り返し単位fを含んでもよい。特開平4−230645号公報、特開2005−84365号公報、特開2006−045311号公報には、特定のスルホン酸が発生する重合性オレフィンを有するスルホニウム塩、ヨードニウム塩が提案されている。特開2006−178317号公報には、スルホン酸が主鎖に直結したスルホニウム塩が提案されている。   The polymer of the present invention may contain a repeating unit f derived from an onium salt containing a polymerizable olefin. JP-A-4-230645, JP-A-2005-84365, and JP-A-2006-045311 propose sulfonium salts and iodonium salts having a polymerizable olefin that generates a specific sulfonic acid. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-178317 proposes a sulfonium salt in which a sulfonic acid is directly bonded to the main chain.

好ましい繰り返し単位fとしては、下記式(f1)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f1という。)、下記式(f2)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f2という。)、及び下記式(f3)で表される繰り返し単位(以下、繰り返し単位f3という。)が挙げられる。なお、繰り返し単位f1〜f3は、1種単独でも、2種以上を組み合わせて使用してもよい。

Figure 2017222832
As preferred repeating unit f, a repeating unit represented by the following formula (f1) (hereinafter referred to as repeating unit f1), a repeating unit represented by the following formula (f2) (hereinafter referred to as repeating unit f2), and And a repeating unit represented by the following formula (f3) (hereinafter referred to as a repeating unit f3). Note that the repeating units f1 to f3 may be used singly or in combination of two or more.
Figure 2017222832

式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R21は、単結合、フェニレン基、−O−R31−、又は−C(=O)−Z1−R31−であり、Z1は、−O−又は−NH−であり、R31は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、フッ素原子、水素原子又はトリフルオロメチル基であるが、Rf1〜Rf4のうち少なくとも1つはフッ素原子である。R22〜R29は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又はメルカプトフェニル基である。Y1は、単結合、又はエステル基、エーテル基又若しくはラクトン環を含んでいてもよい炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−R32−、又は−C(=O)−Z2−R32−であり、Z2は、−O−又は−NH−であり、R32は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。M-は、非求核性対向イオンである。 In the formula, each R A is independently a hydrogen atom or a methyl group. R 21 is a single bond, a phenylene group, —O—R 31 —, or —C (═O) —Z 1 —R 31 —, Z 1 is —O— or —NH—, and R 31 Is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkenylene group having 2 to 6 carbon atoms, or a phenylene group, a carbonyl group, an ester group, An ether group or a hydroxy group may be contained. Rf 1 to Rf 4 are each independently a fluorine atom, a hydrogen atom, or a trifluoromethyl group, and at least one of Rf 1 to Rf 4 is a fluorine atom. R 22 to R 29 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms and aryl having 6 to 12 carbon atoms, which may contain a carbonyl group, an ester group or an ether group. Group, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a mercaptophenyl group. Y 1 is a single bond or a linking group having 1 to 12 carbon atoms which may contain an ester group, an ether group or a lactone ring. Y 2 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, —O—R 32 —, or —C (═O) —Z 2 —R 32 —, and Z 2 is — O— or —NH—, and R 32 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, or a linear, branched or cyclic group having 2 to 6 carbon atoms. It is an alkenylene group and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group. M is a non-nucleophilic counter ion.

-で表される非求核性対向イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン等のハライドイオン、トリフレート、1,1,1−トリフルオロエタンスルホネート、ノナフルオロブタンスルホネート等のフルオロアルキルスルホネート、トシレート、ベンゼンスルホネート、4−フルオロベンゼンスルホネート、1,2,3,4,5−ペンタフルオロベンゼンスルホネート等のアリールスルホネート、メシレート、ブタンスルホネート等のアルキルスルホネート、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミド、ビス(パーフルオロブチルスルホニル)イミド等のイミド酸、トリス(トリフルオロメチルスルホニル)メチド、トリス(パーフルオロエチルスルホニル)メチド等のメチド酸が挙げられる。 Non-nucleophilic counter ions represented by M include halide ions such as chloride ions and bromide ions, fluoroalkyl sulfonates such as triflate, 1,1,1-trifluoroethanesulfonate, and nonafluorobutanesulfonate. Aryl sulfonates such as tosylate, benzene sulfonate, 4-fluorobenzene sulfonate, 1,2,3,4,5-pentafluorobenzene sulfonate, alkyl sulfonates such as mesylate and butane sulfonate, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide, bis ( Examples thereof include imide acids such as perfluoroethylsulfonyl) imide and bis (perfluorobutylsulfonyl) imide, and methide acids such as tris (trifluoromethylsulfonyl) methide and tris (perfluoroethylsulfonyl) methide.

前記非求核性対向イオンとしては、更に、下記式(K−1)表されるα位がフルオロ置換されたスルホン酸イオン、下記式(K−2)で表されるα及びβ位がフルオロ置換されたスルホン酸イオン等が挙げられる。

Figure 2017222832
The non-nucleophilic counter ion further includes a sulfonate ion in which the α-position represented by the following formula (K-1) is fluoro-substituted, and the α and β-positions represented by the following formula (K-2) are fluoro. Examples include substituted sulfonate ions.
Figure 2017222832

式(K−1)中、R101は、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜30のアシル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又はアリーロキシ基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基、ラクトン環、ラクタム環、スルトン環、アミノ基、スルホン基、スルホン酸エステル基、カーボネート基、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基、カーバメート基、アミド基、イミド基を含んでいてもよい。 In formula (K-1), R 101 represents a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic acyl group having 2 to 30 carbon atoms. A linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or aryloxy group, ether group, ester group, carbonyl group, lactone ring, lactam ring, sultone A ring, amino group, sulfone group, sulfonate group, carbonate group, hydroxy group, thiol group, carboxyl group, carbamate group, amide group, and imide group may be contained.

式(K−2)中、R102は、水素原子、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜30のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜30のアシル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、又はアリーロキシ基であり、エーテル基、エステル基、カルボニル基、ラクトン環、ラクタム環、スルトン環、アミノ基、スルホン基、スルホン酸エステル基、カーボネート基、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基、カーバメート基、アミド基、イミド基を含んでいてもよい。R103は、水素原子、メチル基、エチル基又はトリフルオロメチル基である。 In formula (K-2), R102 represents a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a linear, branched or cyclic acyl group having 2 to 30 carbon atoms. A linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or aryloxy group, ether group, ester group, carbonyl group, lactone ring, lactam ring, sultone A ring, amino group, sulfone group, sulfonate group, carbonate group, hydroxy group, thiol group, carboxyl group, carbamate group, amide group, and imide group may be contained. R 103 is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group or a trifluoromethyl group.

繰り返し単位fは、酸発生剤として機能する。ポリマー主鎖に酸発生剤を結合させることによって酸拡散を小さくし、酸拡散のぼけによる解像性の低下を防止できる。また、酸発生剤が均一に分散することによってエッジラフネスが改善される。   The repeating unit f functions as an acid generator. By binding an acid generator to the polymer main chain, acid diffusion can be reduced, and degradation of resolution due to blurring of acid diffusion can be prevented. Further, the edge roughness is improved by uniformly dispersing the acid generator.

本発明のポリマー中、繰り返し単位a〜fの割合は、それぞれ、0<a<1.0、0<b<1.0、0<c<1.0、0≦d≦0.7、0≦e≦0.7及び0≦f≦0.3が好ましく、0.03≦a≦0.5、0.05≦b≦0.6、0.1≦c≦0.9、0≦d≦0.6、0≦e≦0.6及び0≦f≦0.25がより好ましく、0.05≦a≦0.4、0.1≦b≦0.5、0.2≦c≦0.8、0≦d≦0.5、0≦e≦0.5及び0≦f≦0.2が更に好ましい。なお、繰り返し単位fが繰り返し単位f1〜f3から選ばれる少なくとも1種である場合、f=f1+f2+f3である。また、a+b+c+d+e+f≦1である。なお、例えば、a+b+c=1とは、繰り返し単位a、b及びcを含むポリマーにおいて、繰り返し単位a、b及びcの合計量が全繰り返し単位中100モル%であることを示し、a+b+c<1とは、繰り返し単位a、b及びcの合計量が全繰り返し単位中100モル%未満で繰り返し単位a、b及びc以外に他の繰り返し単位を含んでいることを示す。   In the polymer of the present invention, the ratio of the repeating units a to f is 0 <a <1.0, 0 <b <1.0, 0 <c <1.0, 0 ≦ d ≦ 0.7, 0, respectively. ≦ e ≦ 0.7 and 0 ≦ f ≦ 0.3 are preferred, 0.03 ≦ a ≦ 0.5, 0.05 ≦ b ≦ 0.6, 0.1 ≦ c ≦ 0.9, 0 ≦ d ≦ 0.6, 0 ≦ e ≦ 0.6, and 0 ≦ f ≦ 0.25, more preferably 0.05 ≦ a ≦ 0.4, 0.1 ≦ b ≦ 0.5, 0.2 ≦ c ≦ More preferred are 0.8, 0 ≦ d ≦ 0.5, 0 ≦ e ≦ 0.5, and 0 ≦ f ≦ 0.2. When the repeating unit f is at least one selected from repeating units f1 to f3, f = f1 + f2 + f3. Further, a + b + c + d + e + f ≦ 1. For example, a + b + c = 1 means that in a polymer containing repeating units a, b and c, the total amount of repeating units a, b and c is 100 mol% in all repeating units, and a + b + c <1 Indicates that the total amount of the repeating units a, b and c is less than 100 mol% in all repeating units and contains other repeating units in addition to the repeating units a, b and c.

本発明のポリマーは、Mwが1,000〜500,000であり、好ましくは2,000〜30,000である。Mwが小さすぎるとレジスト材料が耐熱性に劣るものとなり、大きすぎるとアルカリ溶解性が低下し、パターン形成後に裾引き現象が生じやすくなってしまう。なお、Mwは、溶剤としてテトラヒドロフラン(THF)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算測定値である。   The polymer of the present invention has an Mw of 1,000 to 500,000, preferably 2,000 to 30,000. If Mw is too small, the resist material is inferior in heat resistance, and if it is too large, the alkali solubility is lowered, and the trailing phenomenon tends to occur after pattern formation. In addition, Mw is a polystyrene conversion measured value by gel permeation chromatography (GPC) using tetrahydrofuran (THF) as a solvent.

更に、本発明のポリマーにおいて分子量分布(Mw/Mn)が広い場合は、低分子量や高分子量のポリマーが存在するために、露光後、パターン上に異物が見られたり、パターンの形状が悪化したりするおそれがある。パターンルールが微細化するに従って、Mwや分子量分布の影響が大きくなりやすいことから、微細なパターン寸法に好適に用いられるレジスト材料を得るには、本発明のポリマーの分子量分布は、1.0〜2.0、特に1.0〜1.5と狭分散であることが好ましい。   Further, when the molecular weight distribution (Mw / Mn) is wide in the polymer of the present invention, there are low molecular weight and high molecular weight polymers, so that foreign matter is seen on the pattern after exposure or the shape of the pattern deteriorates. There is a risk of Since the influence of Mw and molecular weight distribution tends to increase as the pattern rule becomes finer, the molecular weight distribution of the polymer of the present invention is 1.0 to 1.0 in order to obtain a resist material suitably used for fine pattern dimensions. It is preferably a narrow dispersion of 2.0, particularly 1.0 to 1.5.

本発明のポリマーを合成するには、例えば、繰り返し単位a〜fを与えるモノマーのうち所望のモノマーを、有機溶剤中、ラジカル重合開始剤を加えて加熱し、重合を行えばよい。   In order to synthesize the polymer of the present invention, for example, a desired monomer among the monomers giving the repeating units a to f may be heated and polymerized by adding a radical polymerization initiator in an organic solvent.

重合時に使用する有機溶剤としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン等が挙げられる。重合開始剤としては、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が挙げられる。重合時の温度は、好ましくは50〜80℃である。反応時間は、好ましくは2〜100時間、より好ましくは5〜20時間である。   Examples of the organic solvent used at the time of polymerization include toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane and the like. As polymerization initiators, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2-azobis (2-methylpropionate) ), Benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, and the like. The temperature during the polymerization is preferably 50 to 80 ° C. The reaction time is preferably 2 to 100 hours, more preferably 5 to 20 hours.

ヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンを共重合する場合は、ヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンのかわりにアセトキシスチレンやアセトキシビニルナフタレンを用い、重合後、アルカリ加水分解によってアセトキシ基を脱保護してヒドロキシスチレンやヒドロキシビニルナフタレンにしてもよい。   When copolymerizing hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene, acetoxystyrene or acetoxyvinylnaphthalene is used instead of hydroxystyrene or hydroxyvinylnaphthalene, and after polymerization, the acetoxy group is deprotected by alkali hydrolysis to hydroxystyrene or hydroxyvinyl. Naphthalene may be used.

アルカリ加水分解時の塩基としては、アンモニア水、トリエチルアミン等が使用できる。また、反応温度は、好ましくは−20〜100℃、より好ましくは0〜60℃である。反応時間は、好ましくは0.2〜100時間、より好ましくは0.5〜20時間である。   Ammonia water, triethylamine, etc. can be used as the base during the alkali hydrolysis. Moreover, reaction temperature becomes like this. Preferably it is -20-100 degreeC, More preferably, it is 0-60 degreeC. The reaction time is preferably 0.2 to 100 hours, more preferably 0.5 to 20 hours.

本発明のポリマーは、ネガ型レジスト材料のベース樹脂として好適である。   The polymer of the present invention is suitable as a base resin for a negative resist material.

[ネガ型レジスト材料]
本発明のネガ型レジスト材料は、前述したポリマーを含むベース樹脂を含むものである。前記ポリマーをネガ型レジスト材料のベース樹脂として用いる場合、前記ベース樹脂は、組成比率や分子量分布や分子量が異なる2つ以上の前記ポリマーをブレンドしたものであってもよい。
[Negative resist material]
The negative resist material of the present invention contains a base resin containing the aforementioned polymer. When the polymer is used as a base resin for a negative resist material, the base resin may be a blend of two or more polymers having different composition ratios, molecular weight distributions, and molecular weights.

本発明のネガ型レジスト材料は、更に、有機溶剤、酸発生剤、溶解制御剤、塩基性化合物、界面活性剤等を目的に応じ適宜組み合わせて含むことが好ましい。このようにしてネガ型レジスト材料を構成することによって、露光部では前記ポリマーが触媒反応により現像液に対する溶解速度が加速されるので、極めて高感度のネガ型レジスト材料とすることができる。そのため、レジスト膜の溶解コントラスト及び解像性が高く、露光余裕度があり、プロセス適応性に優れ、露光後のパターン形状が良好でありながら、より優れたエッチング耐性を示し、特に酸拡散を抑制できることから粗密寸法差が小さく、これらのことから実用性が高く、超LSI用レジスト材料として非常に有効なものとすることができる。特に、酸発生剤を含有させ、酸触媒反応を利用した化学増幅ネガ型レジスト材料とすると、より高感度のものとすることができるとともに、諸特性が一層優れたものとなり極めて有用なものとなる。   It is preferable that the negative resist material of the present invention further contains an organic solvent, an acid generator, a dissolution controller, a basic compound, a surfactant, and the like in appropriate combination according to the purpose. By constructing the negative resist material in this manner, the dissolution rate of the polymer in the developing solution is accelerated by a catalytic reaction in the exposed portion, so that an extremely sensitive negative resist material can be obtained. Therefore, the resist film has high dissolution contrast and resolution, exposure margin, excellent process adaptability, good pattern shape after exposure, and better etching resistance, especially suppressing acid diffusion Therefore, the difference in density between the layers is small, and from these, the practicality is high and the resist material for VLSI can be made very effective. In particular, a chemically amplified negative resist material containing an acid generator and utilizing an acid-catalyzed reaction can be made more highly sensitive and more excellent in properties and extremely useful. .

前記有機溶剤としては、特開2008−111103号公報の段落[0144]〜[0145]に記載された、シクロヘキサノン、メチル−2−n−アミルケトン等のケトン類、3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル、プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びこれらの混合溶剤が挙げられる。前記有機溶剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、50〜10,000質量部が好ましく、100〜5,000質量部がより好ましい。   Examples of the organic solvent include ketones such as cyclohexanone and methyl-2-n-amylketone described in paragraphs [0144] to [0145] of JP-A-2008-111103, 3-methoxybutanol, 3-methyl- Alcohols such as 3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether , Ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, ethyl lactate, pyrubin Esters such as ethyl, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, propylene glycol mono tert-butyl ether acetate, lactones such as γ-butyrolactone, And a mixed solvent thereof. The blending amount of the organic solvent is preferably 50 to 10,000 parts by mass and more preferably 100 to 5,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin.

本発明のネガ型レジスト材料は、化学増幅ネガ型レジスト材料を機能させるために酸発生剤を含んでもよい。前記酸発生剤としては、活性光線又は放射線に感応して酸を発生する化合物(光酸発生剤)が挙げられる。光酸発生剤の成分としては、高エネルギー線照射により酸を発生する化合物であればいずれでも構わない。好適な光酸発生剤としてはスルホニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニルジアゾメタン、N−スルホニルオキシイミド、オキシム−O−スルホネート型酸発生剤等がある。これらは、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。酸発生剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0122]〜[0142]に記載されているものが挙げられる。酸発生剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0.01〜100質量部が好ましく、0.1〜80質量部がより好ましい。   The negative resist material of the present invention may contain an acid generator in order to make the chemically amplified negative resist material function. Examples of the acid generator include compounds that generate an acid in response to actinic rays or radiation (photoacid generator). The component of the photoacid generator may be any compound that generates an acid upon irradiation with high energy rays. Suitable photoacid generators include sulfonium salts, iodonium salts, sulfonyldiazomethane, N-sulfonyloxyimide, oxime-O-sulfonate type acid generators, and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Specific examples of the acid generator include those described in paragraphs [0122] to [0142] of JP-A-2008-111103. 0.01-100 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins, and, as for the compounding quantity of an acid generator, 0.1-80 mass parts is more preferable.

本発明のネガ型レジスト材料は、溶解制御剤を含んでもよい。溶解制御剤を配合することによって、露光部と未露光部との溶解速度の差を一層大きくすることができ、解像度を一層向上させることができる。溶解制御剤の具体例としては、特開2008−122932号公報の段落[0155]〜[0178]に記載されたものが挙げられる。溶解制御剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜50質量部が好ましく、0〜40質量部がより好ましい。   The negative resist material of the present invention may contain a dissolution control agent. By blending the dissolution control agent, the difference in dissolution rate between the exposed area and the unexposed area can be further increased, and the resolution can be further improved. Specific examples of the dissolution control agent include those described in paragraphs [0155] to [0178] of JP-A-2008-122932. 0-50 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins, and, as for the compounding quantity of a dissolution control agent, 0-40 mass parts is more preferable.

本発明のネガ型レジスト材料は、塩基性化合物を含んでもよい。塩基性化合物を配合することによって、例えば、レジスト膜中での酸の拡散速度を抑制し解像度を一層向上させることができる。塩基性化合物としては、特開2008−111103号公報の段落[0146]〜[0164]に記載された、1級、2級又は3級アミン化合物、特に、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ラクトン環、シアノ基、スルホン酸エステル基を有するアミン化合物や特許第3790649号公報に記載されたカルバメート基を有する化合物が挙げられる。また、塩基性化合物として、特開2008−239918号公報に記載されたポリマー型のクエンチャーも挙げられる。これは、コート後のレジスト表面に配向することでパターン後のレジストの矩形性を高めることができる。ポリマー型クエンチャーは、液浸露光用の保護膜を適用したときのパターンの膜減りやパターントップのラウンディングを防止する効果もある。塩基性化合物の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜100質量部が好ましく、0.001〜50質量部がより好ましい。   The negative resist material of the present invention may contain a basic compound. By blending the basic compound, for example, the acid diffusion rate in the resist film can be suppressed and the resolution can be further improved. Examples of basic compounds include primary, secondary or tertiary amine compounds described in paragraphs [0146] to [0164] of JP-A-2008-111103, particularly hydroxy groups, ether groups, ester groups, and lactones. Examples thereof include amine compounds having a ring, a cyano group, and a sulfonic acid ester group, and compounds having a carbamate group described in Japanese Patent No. 3790649. Examples of the basic compound also include a polymer-type quencher described in JP-A-2008-239918. This can enhance the rectangularity of the patterned resist by orienting it on the coated resist surface. The polymer quencher also has an effect of preventing pattern film loss and pattern top rounding when a protective film for immersion exposure is applied. 0-100 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins, and, as for the compounding quantity of a basic compound, 0.001-50 mass parts is more preferable.

本発明のネガ型レジスト材料は、界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤を配合することによって、レジスト材料の塗布性を一層向上させ、あるいは制御することができる。
界面活性剤の具体例としては、特開2008−111103号公報の段落[0165]〜[0166]に記載されたものが挙げられる。界面活性剤の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜10質量部が好ましく、0.0001〜5質量部がより好ましい。
The negative resist material of the present invention may contain a surfactant. By blending the surfactant, the coating property of the resist material can be further improved or controlled.
Specific examples of the surfactant include those described in paragraphs [0165] to [0166] of JP-A-2008-111103. 0-10 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins, and, as for the compounding quantity of surfactant, 0.0001-5 mass parts is more preferable.

本発明のレジスト材料は、更に、アセチレンアルコール類を含有することができる。
アセチレンアルコール類としては特開2008−122932号公報の段落[0179]〜[0182]に記載されたものが挙げられる。アセチレンアルコール類の配合量は、ベース樹脂100質量部に対し、0〜5質量部が好ましい。
The resist material of the present invention can further contain acetylene alcohols.
Examples of acetylene alcohols include those described in paragraphs [0179] to [0182] of JP-A-2008-122932. As for the compounding quantity of acetylene alcohol, 0-5 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of base resins.

[パターン形成方法]
本発明のネガ型レジスト材料を種々の集積回路製造に用いる場合は、公知のリソグラフィー技術を適用することができる。
[Pattern formation method]
When the negative resist material of the present invention is used for manufacturing various integrated circuits, a known lithography technique can be applied.

例えば、本発明のネガ型レジスト材料を、集積回路製造用の基板(Si、SiO2、SiN、SiON、TiN、WSi、BPSG、SOG、有機反射防止膜等)あるいはマスク回路製造用の基板(Cr、CrO、CrON、MoSi2、SiO2等)上にスピンコート、ロールコート、フローコート、ディップコート、スプレーコート、ドクターコート等の適当な塗布方法により塗布膜厚が0.01〜2μmとなるように塗布する。これをホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間プリベークする。次いで、紫外線、遠紫外線、EB、EUV、X線、軟X線、エキシマレーザー、γ線、シンクロトロン放射線等の高エネルギー線で、目的とするパターンを所定のマスクを通じて又は直接露光を行う。露光量は、1〜200mJ/cm2程度、特に10〜100mJ/cm2程度、又は0.1〜100μC/cm2程度、特に0.5〜50μC/cm2程度となるように露光することが好ましい。次に、ホットプレート上で、好ましくは60〜150℃、10秒〜30分間、より好ましくは80〜120℃、30秒〜20分間ポストエクスポージャーベーク(PEB)する。 For example, the negative resist material of the present invention is applied to an integrated circuit manufacturing substrate (Si, SiO 2 , SiN, SiON, TiN, WSi, BPSG, SOG, organic antireflection film, etc.) or a mask circuit manufacturing substrate (Cr , CrO, CrON, MoSi 2 , SiO 2, etc.) by a suitable coating method such as spin coating, roll coating, flow coating, dip coating, spray coating, doctor coating, etc., so that the coating film thickness becomes 0.01-2 μm. Apply to. This is preferably pre-baked on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes. Next, the target pattern is exposed through a predetermined mask or directly with high energy rays such as ultraviolet rays, far ultraviolet rays, EB, EUV, X-rays, soft X-rays, excimer laser, γ rays, synchrotron radiation and the like. The exposure dose, 1 to 200 mJ / cm 2 or so, in particular 10 to 100 mJ / cm 2 or so, or 0.1~100μC / cm 2 or so, be exposed to particularly a 0.5~50μC / cm 2 of about preferable. Next, post exposure baking (PEB) is preferably performed on a hot plate at 60 to 150 ° C. for 10 seconds to 30 minutes, more preferably at 80 to 120 ° C. for 30 seconds to 20 minutes.

レジスト膜の上にポリチオフェンやポリアニリンベースの帯電防止膜を設けてもよく、これ以外のトップコート膜を形成してもよい。   A polythiophene or polyaniline-based antistatic film may be provided on the resist film, or another topcoat film may be formed.

更に、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは2〜10質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAH)、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド(TPAH)、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(TBAH)等のアルカリ水溶液の現像液を用い、3秒〜3分間、好ましくは5秒〜2分間、浸漬(dip)法、パドル(puddle)法、スプレー(spray)法等の常法により現像することにより、光を照射した部分は現像液に溶解せず、露光されなかった部分は溶解する、目的のネガ型のパターンが基板上に形成される。なお、本発明のレジスト材料は、特に高エネルギー線の中でも、EB、EUV、軟X線、X線、γ線、シンクロトロン放射線による微細パターニングに最適である。   Further, preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 2 to 10% by mass of tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide (TPAH), tetrabutylammonium. Conventional methods such as dip method, paddle method, spray method, etc., using a developer of an aqueous alkaline solution such as hydroxide (TBAH) for 3 seconds to 3 minutes, preferably 5 seconds to 2 minutes. As a result of the development, an intended negative pattern is formed on the substrate, in which the portion irradiated with light is not dissolved in the developer and the portion not exposed is dissolved. The resist material of the present invention is particularly suitable for fine patterning by EB, EUV, soft X-ray, X-ray, γ-ray, and synchrotron radiation among high energy rays.

一般的に広く用いられているTMAH水溶液よりもアルキル鎖が長いTEAH、TPAH及びTBAHは、現像中の膨潤を低減させてパターンの倒れを防ぐ効果がある。TMAH現像液としては、2.38質量%の水溶液が最も広く用いられている。これは0.26Nに相当し、TEAH、TPAH又はTBAH水溶液も同じ規定度であることが好ましい。0.26NとなるTEAH、TPAH及びTBAHの濃度は、それぞれ3.84質量%、5.31質量%及び6.78質量%である。   TEAH, TPAH, and TBAH, which have a longer alkyl chain than the TMAH aqueous solution that is widely used in general, have the effect of reducing swelling during development and preventing pattern collapse. As the TMAH developer, a 2.38% by mass aqueous solution is most widely used. This corresponds to 0.26N, and it is preferable that the TEAH, TPAH or TBAH aqueous solution has the same normality. The concentrations of TEAH, TPAH and TBAH to be 0.26N are 3.84% by mass, 5.31% by mass and 6.78% by mass, respectively.

EB又はEUVで解像される32nm以下のパターンにおいて、ラインがよれたり、ライン同士がくっついたり、くっついたラインが倒れたりする現象が起きている。これは、現像液中に膨潤して膨らんだライン同士がくっつくのが原因と考えられる。膨潤したラインは、現像液を含んでスポンジのように軟らかいために、リンスの応力で倒れやすくなっている。アルキル鎖が長いTEAH、TPAH及びTBAHを含む現像液は、膨潤を防いでパターン倒れを防ぐ効果がある。   In a pattern of 32 nm or less that is resolved by EB or EUV, a phenomenon occurs in which the lines are twisted, the lines are stuck together, or the stuck lines are tilted. This is thought to be because the lines swollen and swollen in the developer are stuck together. Since the swollen line is soft like a sponge containing a developer, it tends to collapse due to the stress of rinsing. A developer containing TEAH, TPAH and TBAH having a long alkyl chain has an effect of preventing swelling and preventing pattern collapse.

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、重量平均分子量(Mw)は、THFを溶剤として用いたGPCによるポリスチレン換算測定値である。また、下記例で用いたモノマー1〜3及びPAGモノマー1〜4は、以下のとおりである。

Figure 2017222832
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example. The weight average molecular weight (Mw) is a measured value in terms of polystyrene by GPC using THF as a solvent. In addition, monomers 1 to 3 and PAG monomers 1 to 4 used in the following examples are as follows.
Figure 2017222832

[1]ポリマーの合成
[実施例1−1]ポリマー1の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー1 4.1g、4−ヒドロキシスチレン7.2g、及び溶剤としてTHF20gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー1を得た。ポリマー1の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
[1] Synthesis of Polymer [Example 1-1] Synthesis of Polymer 1 To a 2 L flask was added 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.1 g of monomer 1, 7.2 g of 4-hydroxystyrene, and 20 g of THF as a solvent. . The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C., followed by reaction for 15 hours. When this reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid precipitated. The obtained white solid was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain polymer 1. The composition of Polymer 1 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[実施例1−2]ポリマー2の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー2 4.1g、4−ヒドロキシスチレン7.8g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー2を得た。ポリマー2の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
[Example 1-2] Synthesis of polymer 2 To a 2 L flask, 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.1 g of monomer 2, 7.8 g of 4-hydroxystyrene, and 40 g of THF as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. When this reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid precipitated. The obtained white solid was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain polymer 2. The composition of Polymer 2 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[実施例1−3]ポリマー3の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー3 5.1g、4−ヒドロキシスチレン4.2g、メタクリル酸−4−ヒドロフェニル3.6g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー3を得た。ポリマー3の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
[Example 1-3] Synthesis of polymer 3 In a 2 L flask, 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 5.1 g of monomer 3, 4.2 g of 4-hydroxystyrene, 3.6 g of methacrylic acid-4-hydrophenyl, and a solvent As a solution, 40 g of THF was added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. When this reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid precipitated. The obtained white solid was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain polymer 3. The composition of Polymer 3 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[実施例1−4]ポリマー4の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン3.5g、モノマー1 4.9g、4−ヒドロキシスチレン4.8g、PAGモノマー1 6.8g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー4を得た。ポリマー4の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
[Example 1-4] Synthesis of polymer 4 To a 2 L flask was added 3.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of monomer 1, 4.8 g of 4-hydroxystyrene, 6.8 g of PAG monomer 1, and 40 g of THF as a solvent. did. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. When this reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid precipitated. The obtained white solid was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain polymer 4. The composition of polymer 4 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[実施例1−5]ポリマー5の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン4.5g、モノマー1 4.9g、4−ヒドロキシスチレン4.8g、PAGモノマー2 5.9g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー5を得た。ポリマー5の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
[Example 1-5] Synthesis of polymer 5 To a 2 L flask was added 4.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of monomer 1, 4.8 g of 4-hydroxystyrene, 5.9 g of PAG monomer 2, and 40 g of THF as a solvent. did. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. When this reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid precipitated. The obtained white solid was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain polymer 5. The composition of polymer 5 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[実施例1−6]ポリマー6の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン4.5g、モノマー1 4.9g、メタクリル酸−4−ヒドロキシフェニル5.3g、メタクリル酸3−オキソ−2,7−ジオキサトリシクロ[4.2.1.04,8]ノナン−9−イル2.2g、PAGモノマー3 7.4g、及び溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー6を得た。ポリマー6の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
[Example 1-6] Synthesis of polymer 6 In a 2 L flask, 4.5 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of monomer 1, 5.3 g of methacrylic acid-4-hydroxyphenyl, 3-oxo-2,7-methacrylic acid. Dioxatricyclo [4.2.1.0 4,8 ] nonan-9-yl 2.2 g, PAG monomer 3 7.4 g, and THF 40 g as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. When this reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid precipitated. The obtained white solid was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain polymer 6. The composition of polymer 6 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[実施例1−7]ポリマー7の合成
2Lフラスコに、2−ビニルアントラキノン2.3g、モノマー1 4.9g、メタクリル酸−4−ヒドロキシフェニル5.3g、α−メチレン−γ−ブチロラクトン2.0g、PAGモノマー4 7.4g、溶剤としてTHF40gを添加した。この反応容器を、窒素雰囲気下、−70℃まで冷却し、減圧脱気、窒素ブローを3回繰り返した。室温まで昇温後、重合開始剤としてAIBN1.2gを加え、60℃まで昇温後、15時間反応させた。この反応溶液を1/2まで濃縮し、メタノール1L及び水0.1Lの混合溶剤に添加したところ、白色固体が沈殿した。得られた白色固体を濾別後、60℃で減圧乾燥し、ポリマー7を得た。ポリマー7の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
[Example 1-7] Synthesis of polymer 7 In a 2 L flask, 2.3 g of 2-vinylanthraquinone, 4.9 g of monomer 1, 5.3 g of methacrylic acid-4-hydroxyphenyl, 2.0 g of α-methylene-γ-butyrolactone. 7.4 g of PAG monomer 4 and 40 g of THF as a solvent were added. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. in a nitrogen atmosphere, and vacuum degassing and nitrogen blowing were repeated three times. After raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN was added as a polymerization initiator, and the temperature was raised to 60 ° C. and reacted for 15 hours. When this reaction solution was concentrated to 1/2 and added to a mixed solvent of 1 L of methanol and 0.1 L of water, a white solid precipitated. The obtained white solid was filtered off and dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain polymer 7. The composition of polymer 7 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[比較例1−1]比較ポリマー1の合成
2−ビニルアントラキノンのかわりにアセナフチレン2.3gを用いた以外は、実施例1−1と同様の方法で合成を行い、比較ポリマー1を得た。比較ポリマー1の組成は13C−NMR及び1H−NMRにより、Mw及びMw/MnはGPCにより確認した。

Figure 2017222832
Comparative Example 1-1 Synthesis of Comparative Polymer 1 Comparative polymer 1 was obtained by synthesis in the same manner as in Example 1-1 except that 2.3 g of acenaphthylene was used instead of 2-vinylanthraquinone. The composition of Comparative Polymer 1 was confirmed by 13 C-NMR and 1 H-NMR, and Mw and Mw / Mn were confirmed by GPC.
Figure 2017222832

[2]ネガ型レジスト材料の調製
[実施例2−1〜2−9、比較例2−1]
界面活性剤としてスリーエム社製界面活性剤FC-4430を100ppm溶解させた溶剤に、表1に示す組成で各成分を溶解させた溶液を、0.2μmサイズのフィルターで濾過してネガ型レジスト材料を調製した。
表1中の各成分は次のとおりである。
・ポリマー1〜7:実施例1−1〜1−7で得られたポリマー
・比較ポリマー1:比較例1で得られたポリマー
・有機溶剤:PGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)
CyH(シクロヘキサノン)
・酸発生剤:PAG1(下記構造式参照)
・塩基性化合物:クエンチャー1(下記構造式参照)

Figure 2017222832
[2] Preparation of negative resist material [Examples 2-1 to 2-9, Comparative Example 2-1]
A negative resist material obtained by filtering a solution in which each component of the composition shown in Table 1 is dissolved in a solvent in which 100 ppm of surfactant FC-4430 manufactured by 3M as a surfactant is dissolved, through a 0.2 μm size filter. Was prepared.
Each component in Table 1 is as follows.
Polymers 1-7: Polymers obtained in Examples 1-1 to 1-7 Comparative polymer 1: Polymer obtained in Comparative Example 1 Organic solvent: PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate)
CyH (cyclohexanone)
・ Acid generator: PAG1 (see the following structural formula)
・ Basic compound: Quencher 1 (see the following structural formula)
Figure 2017222832

[3]EBリソグラフィー評価
実施例2−1〜2−9及び比較例2−1で調製した各ネガ型レジスト材料を、直径6インチφのSi基板上に、クリーントラックMark 5(東京エレクトロン(株)製)を用いてスピンコートし、ホットプレート上で110℃で60秒間プリベークして100nmのレジスト膜を作製した。これに、(株)日立製作所製HL-800Dを用いて、HV電圧50kVで真空チャンバー内描画を行った。
描画後、直ちにクリーントラックMark 5(東京エレクトロン(株)製)を用いてホットプレート上で表1に示す温度で60秒間PEBを行い、2.38質量%のTMAH水溶液で30秒間パドル現像を行い、ネガ型パターンを得た。
得られたレジストパターンを次のように評価した。
100nmのラインアンドスペースを1:1で解像する露光量における、最小の寸法を解像力とし、100nmLSのラインエッジラフネス(LER)をSEMで測定した。
結果を表1に併記する。
[3] EB Lithography Evaluation Each negative resist material prepared in Examples 2-1 to 2-9 and Comparative Example 2-1 was placed on a Si substrate having a diameter of 6 inches φ on a clean track Mark 5 (Tokyo Electron Limited). ), And pre-baked on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds to prepare a 100 nm resist film. For this, drawing in a vacuum chamber was performed at an HV voltage of 50 kV using HL-800D manufactured by Hitachi, Ltd.
Immediately after drawing, PEB is performed for 60 seconds at a temperature shown in Table 1 on a hot plate using a clean truck Mark 5 (manufactured by Tokyo Electron Ltd.), and paddle development is performed for 30 seconds with a 2.38 mass% TMAH aqueous solution. A negative pattern was obtained.
The obtained resist pattern was evaluated as follows.
The minimum dimension at the exposure amount for resolving 100 nm line and space at 1: 1 was taken as the resolving power, and the line edge roughness (LER) of 100 nm LS was measured by SEM.
The results are also shown in Table 1.

Figure 2017222832
Figure 2017222832

表1に示した結果より、本発明のポリマーを用いたレジスト材料は、十分な解像力と感度とを有し、LERが低減されることがわかった。   From the results shown in Table 1, it was found that the resist material using the polymer of the present invention has sufficient resolution and sensitivity, and LER is reduced.

Claims (11)

下記式(a)で表される繰り返し単位、下記式(b)で表される繰り返し単位、及び下記式(c)で表される繰り返し単位を含み、重量平均分子量が1,000〜500,000であるポリマー。
Figure 2017222832
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R1は、ヒドロキシ基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルキル基、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜4のアルコキシ基、アセトキシ基、又はハロゲン原子を表す。R2及びR5は、それぞれ独立に、直鎖状若しくは分岐状の炭素数1〜6のアルキル基、又はハロゲン原子である。R3及びR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基であり、R3とR4とが結合して、これらが結合する炭素原子と共に環を形成していてもよい。X1及びX2は、それぞれ独立に、単結合又はエステル基である。mは、1又は2である。p及びqは、それぞれ独立に、0又は1である。rは、0〜4の整数である。)
A repeating unit represented by the following formula (a), a repeating unit represented by the following formula (b), and a repeating unit represented by the following formula (c) have a weight average molecular weight of 1,000 to 500,000. Is a polymer.
Figure 2017222832
(In the formula, each R A is independently a hydrogen atom or a methyl group. R 1 is a hydroxy group, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a linear or branched group, and Represents an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, an acetoxy group, or a halogen atom, and R 2 and R 5 are each independently a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a halogen atom. R 3 and R 4 are each independently a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded together with the carbon atom to which they are bonded. X 1 and X 2 are each independently a single bond or an ester group, m is 1 or 2, and p and q are each independently 0 or 1; R is an integer from 0 to 4)
更に、下記式(f1)〜(f3)で表される繰り返し単位から選ばれる少なくとも1種を含む請求項1記載のポリマー。
Figure 2017222832
(式中、RAは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R21は、単結合、フェニレン基、−O−R31−、又は−C(=O)−Z1−R31−であり、Z1は、−O−又は−NH−であり、R31は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基、又はフェニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。Rf1〜Rf4は、それぞれ独立に、フッ素原子、水素原子又はトリフルオロメチル基であるが、Rf1〜Rf4のうち少なくとも1つはフッ素原子である。R22〜R29は、それぞれ独立に、カルボニル基、エステル基若しくはエーテル基を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、又はメルカプトフェニル基である。Y1は、単結合、又はエステル基、エーテル基又若しくはラクトン環を含んでいてもよい炭素数1〜12の連結基である。Y2は、単結合、メチレン基、エチレン基、フェニレン基、フッ素化フェニレン基、−O−R32−、又は−C(=O)−Z2−R32−であり、Z2は、−O−又は−NH−であり、R32は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基、又は直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2〜6のアルケニレン基であり、カルボニル基、エステル基、エーテル基又はヒドロキシ基を含んでいてもよい。M-は、非求核性対向イオンである。)
Furthermore, the polymer of Claim 1 containing at least 1 sort (s) chosen from the repeating unit represented by following formula (f1)-(f3).
Figure 2017222832
(In the formula, each R A independently represents a hydrogen atom or a methyl group. R 21 represents a single bond, a phenylene group, —O—R 31 —, or —C (═O) —Z 1 —R 31. -, Z 1 is -O- or -NH-, and R 31 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, linear, branched or cyclic carbon. It is an alkenylene group of 2 to 6 or a phenylene group, and may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group, and Rf 1 to Rf 4 each independently represents a fluorine atom, a hydrogen atom or a trimethyl group. Although it is a fluoromethyl group, at least one of Rf 1 to Rf 4 is a fluorine atom, and each of R 22 to R 29 independently represents a straight chain which may contain a carbonyl group, an ester group or an ether group. , Branched or cyclic C 1-12 An alkyl group, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a mercaptophenyl group, and Y 1 may contain a single bond, an ester group, an ether group, or a lactone ring. A good linking group having 1 to 12 carbon atoms Y 2 is a single bond, a methylene group, an ethylene group, a phenylene group, a fluorinated phenylene group, —O—R 32 —, or —C (═O) —Z 2. —R 32 —, Z 2 is —O— or —NH—, and R 32 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, a phenylene group, or a linear group. A branched or cyclic alkenylene group having 2 to 6 carbon atoms, which may contain a carbonyl group, an ester group, an ether group or a hydroxy group, and M is a non-nucleophilic counterion.)
請求項1又は2記載のポリマーを含むベース樹脂を含むネガ型レジスト材料。   A negative resist material comprising a base resin comprising the polymer according to claim 1. 更に、有機溶剤及び酸発生剤を含む化学増幅レジスト材料である請求項2又は3記載のネガ型レジスト材料。   4. The negative resist material according to claim 2, which is a chemically amplified resist material further comprising an organic solvent and an acid generator. 更に、塩基性化合物を含む請求項2〜4のいずれか1項記載のネガ型レジスト材料。   Furthermore, the negative resist material of any one of Claims 2-4 containing a basic compound. 更に、界面活性剤を含む請求項2〜5のいずれか1項記載のネガ型レジスト材料。   Furthermore, the negative resist material of any one of Claims 2-5 containing surfactant. 請求項2〜6のいずれか1項記載のネガ型レジスト材料を基板上に塗布し、加熱処理をしてレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を高エネルギー線で露光する工程と、現像液を用いて露光したレジスト膜を現像する工程とを含むパターン形成方法。   Applying the negative resist material according to any one of claims 2 to 6 on a substrate and performing a heat treatment to form a resist film, exposing the resist film with a high energy beam, and developing And a step of developing a resist film exposed using a liquid. 前記基板が、フォトマスクブランクである請求項7記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 7, wherein the substrate is a photomask blank. 前記高エネルギー線が、波長180〜400nmの紫外線である請求項7又は8記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 7, wherein the high energy ray is ultraviolet light having a wavelength of 180 to 400 nm. 前記高エネルギー線が、電子線又は波長3〜15nmの極端紫外線である請求項7又は8記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 7 or 8, wherein the high energy beam is an electron beam or extreme ultraviolet rays having a wavelength of 3 to 15 nm. 請求項3〜6のいずれか1項記載のネガ型レジスト材料を塗布したフォトマスクブランク。   The photomask blank which apply | coated the negative resist material of any one of Claims 3-6.
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